聚焦实验重构　助力思维进阶

摘要

从“情境创设”“探究过程”“学以致用”3个方面探讨苏科版物理八年级上册“光的折射”一节教学中存在的问题，即：实验教学非但缺乏调动学生主动思考的手段，更未设计引发学生产生认知冲突的教学环节，导致学生无法跨入更高层次的思维。针对教学中所存在的现实问题，以实验重构的方式整合教学过程，一方面助力学生达成思维进阶目标，另一方面培养学生的模型建构思维、科学推理思维、科学论证思维和质疑创新思维。

Graphical abstract

关键词

实验重构 / 思维进阶 / 进阶路径 / 苏科版 / 光的折射

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）倡导物理教学必须以实验为基础，通过实验以及实验教学促进学生科学思维的形成与发展^［1］。为更好地阐释《课标》理念，笔者以苏科版物理八年级上册“光的折射”一节的实验教学为例，在分析教学现状的基础上，结合教学实际重构实验教学过程，一方面为顺利突破教学难点奠定基础，另一方面有助于促进学生思维的发展，最终达成学生思维进阶的目标。

1 实验重构重在情境创设，助力模型建构

1.1 教学现状

情境是问题的来源，由此决定了基于情境创设引入新课是教学中常见的一种教学方式。多数教师在创设实验情境时更多的是关注学生的兴趣，而忽略了学生的生活体验和促进学生思维进阶。在苏科版物理八年级上册“光的折射”一节教学中，有些教师借助如图1所示的“鱼叉叉鱼”实验引入教学：手机摄像头代替人的眼睛，通过金属管看到水中的鱼，碳素杆代替鱼叉，即利用其金属管叉水中的鱼，发现并没有叉到鱼。至此，授课教师说：“为何‘鱼叉’叉不到鱼？等我们学习了本节课内容后，就可以回答这个问题。下面，我们开始今天的学习。”

1.2 实验重构

为了提高情境创设的有效性，教师需要优化教学素材，以便创设出学生虽有体验但尚未意识到与本节内容相关联的情境。以投屏筷子在水中弯折的图片为例，该情境是生活中真实存在的，且学生已有体验，便于产生共鸣，只是未意识到其与“光的折射”相联系。针对这一现状，教师要做的就是通过问题让该情境与主题相关联。

情境设计：“同学们，第3章我们学习了哪些光的传播特点？从传播方向上看，光的直线传播和光的反射有什么不同点？”

学生需要调动以往知识和经验并“加工”得出：当光沿直线传播时，传播方向不发生改变；当光发生反射时，传播方向发生改变（偏折），且反射后又回到原来的介质。

问题诱思：“光既然可以回到原来的介质，那能不能回到其他介质呢？”

实验导思：演示光从空气中斜射入水中的现象。学生根据实验现象画出图2中①处光路图后，再问——“从传播方向上看，光的反射和光的折射有什么相同点和不同点？”至此，重构的实验情境，不仅顺利地帮助学生完成了第一部分知识的建构，即光的折射现象，而且帮助学生自主建构了光的折射光路模型和如图2所示的光学结构模型，自然有利于促进学生模型建构思维的发展。

1.3 思维进阶

通过这部分内容的学习，学生的思维实现进阶，其进阶路径如图3所示。

2 实验重构重在探究过程，助力论证推理

实验探究是学生获得知识的主要方法，实验探究主要包括问题、证据、解释和交流等要素^［1］。多数教师在进行探究教学时，更多的是关注实验过程和探究结果，而忽视对学生科学推理与科学论证等思维能力的训练。

2.1 教学现状

在“探究光的折射特点”猜想环节，有的教师先让学生回忆光的反射定律，待展示内容后，再让学生根据光的反射定律猜想光发生折射时是否有同样的特点，最后逐条进行“探究”。

在探究“折射角和入射角的大小关系”时，有的教师要求学生先根据表1中的入射角测出折射角，再根据表格中的数据总结出折射角与入射角的大小关系。

2.2 实验重构

在“探究光的反射定律”的基础上，引导学生自我设计并探究“光的折射特点”。在教学设计时，要弱化知识和活动的相关内容，而强化学生的科学推理、科学论证等能力，促进其思维进阶。其具体活动过程如表2所示。

设计特点：①放飞思维，搜集论证。在教学中，让学生“自觉”类比光的反射定律，借此探究光的折射特点，学生有足够的空间和时间进行实验与思考；让学生在充分体验的基础上，应用类比推理和归纳推理的手段得出光的折射特点，提升学生的科学推理能力并找到自我解决问题的方法。②基于学情，敢于突破教材的局限性。在教学中，教师并没有因为“全反射”是高中内容而忽略课堂生成，或用“全反射是高中内容，以后我们会进行学习”一句话带过，而是根据学生的接受能力，在课堂时间允许的前提下，让学生基于课堂生成的现象共同寻找证据，并分析和评估证据，进而提出自己的见解，提升了学生的科学论证能力与创新思维。

3 实验重构重在学以致用，助力质疑创新

《课标》在学业质量中明确提出：能综合运用物理概念和规律，分析和解决熟悉情境下的简单物理问题，具有初步的物理观念^［1］。《课标》的上述论述真正体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。但从现实看，在教学实践中，很多教师为了节约时间，常常将此环节一带而过，忽视了培养学生的质疑创新等高阶思维，造成了学生的思维始终徘徊不前。

3.1 教学现状

在讲授苏科版物理八年级上册“光的折射”一节的知识应用环节时，教师先展示筷子在水中弯折、“潭清疑水浅”等图片，随后提问学生：“能否用今天所学习的内容解释你所看到的现象？”个别学生回答后，用PPT展示光路图并解释现象，到此结束本环节的教学。

3.2 实验重构

如图5所示，设计“硬币再现”活动：将一枚硬币固定在一只碗的底部，向后退至恰好看不到硬币后停止后退；向碗内缓缓注水，当水升到一定高度时，又看见硬币了。

问题与任务：你能解释这个现象吗？教师可通过作图辅助说明。

有的学生画出图2中①处的光路，随后教师引导其他学生对学生画的图进行质疑、批判和修正，从而在纠正学生易错点的同时，培养了学生的质疑精神。随后，引导学生利用水槽、线性灯、画有眼睛的白色纸板和夹子等器材设计实验来解释“硬币再现”，如图6所示。该重构实验具有一定的开放性，需要学生调动已有的知识和经验来设计实验，从而促进了学生创新思维的发展。该实验重构环节经历从“疑”生“思”、从“思”变“创”的过程，达到了培养学生质疑创新能力的目的。

3.3 思维进阶

思维进阶路径见图7。“重构”是手段，“思维”是目标。在实验教学中，教师要针对科学探究的问题、证据、解释和交流等，设计能为学生的思维发展提供“证据”的实验活动，让其在“思维”过程中获得物理观念、形成学科能力。教师要不断强化对教材实验内容和科学思维要素的研究，借助重构手段活化学生的思维，最终帮助学生实现思维进阶，使其在学习上取得进步，在思维上得到拓展和提升。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022．

基金资助

江苏省教育科学“十四五”2022年度重点课题“指向思维进阶的初中物理实验教学重构研究”(B/2022/03/42)