以学生自主创新实验为载体发展学生科学思维

彭建平

【摘要】物理学是以实验为基础的学科，要想做好实验必须具备科学思维能力.实践是认识发展知识的动力，让学生以自主创新的方式在物理实验中展开实践，势必起到发展科学思维的作用.

【关键词】初中物理；光学；实验教学

初中物理实验传统教学模式多以教师演示和学生复现并讨论为主，自主创新内容较少.这种实验教学模式虽然稳妥，但不利于学生科学思维的发展.学生自主创新实验是初中物理实验教学的一种新方式，同时兼顾了学生在实验中的自主性和创新性，是促进学生科学思维发展的有效手段.光学实验是初中物理中的重点，以学生自主创新实验为载体，来推动学生科学思维在不同层面的发展.

1 以自主创新实验“目标”为载体，发展探索思维

有了明确的目标，探索才能更有效率.推动学生开展自主创新实验，选择合适的实验目标，可以磨炼学生驾驭探索思维的熟练程度.日常生活中，存在大量与光学有关的有趣现象.这些光学现象可以成为自主创新实验目标的来源.

例如 光是没有任何形状的，但当夜晚打开手电筒向夜空中照射时，却常可以看到光的“形状”.对光的“丁达尔效应”有所了解后可以明白，这是光束透过胶体时所产生的散射现象.苏教版初中物理八年级上册在“光的直线传播”中提及了“光在水中传播”“林间的光柱”等现象，但没有说明以上现象的原理.那么是否可以通过实验来验证这种现象呢？答案是肯定的.只需在干净的水中加入几滴鲜牛奶，使液体略显乳白色，再用激光笔照射液体，就能看到光在传播过程中的“形状”（如图1）.

2 以自主创新实验“方案”为载体，发展系统思维

系统思维是科学思维中的“指挥官”，这种思维是以全局的眼光纵览整个事物，完成从整体到局部、再综合到整体的过程.学生在设计自主创新实验方案过程中，对实验展开通盘考虑，系统思维会得到很好的锻炼.

例如 太阳光是一种白色或无色的光，平时生活中从太阳光中很少能看到其他色彩.苏教版初中物理八年级上册在“光的色彩、颜色”一节中提到了白色太阳光是一种混合光.虽然牛顿曾用玻璃三棱镜将太阳光分解成了不同颜色的“彩色”光，生活中有时也可以在雨后的天空中看见“彩虹”，但单色光现象在生活中颇为罕见.那么如何通过实验来获得单色光呢？要设计一项将太阳光分解成不同单色光的实验需要做的工作很多，首先要了解光的色散理论，明白光的颜色与光的频率和波长的相关性，以及不同频率的光在同一介质下的折射率存在不同的原理；其次还要选择合适的实验材料，并设计出合适的实验装置，实验装置不能太复杂，太复杂的材料、设备成本高，不具有可行性，比如，可以用矿泉水瓶制作出一个简易的阳光色散装置（如图2）.

3 以自主创新实验“过程”为载体，发展实践思维

学生开展自主创新物理实验本身就是实践思维的一种外在表现，通过实践将思维转化为具体的行动，在行动中体验更能加深对实践思维的理解.

例如 光学显微镜价格相对昂贵.可不可以利用生活中常见的材料制作一款简易的显微镜呢？虽然实验室中的透镜是玻璃材质的，但其实水等透明物质也可以作为制作透镜的材料.教师可以稍作提示，只需让学生想办法把水汇聚成凸透镜的形状，再通过这个“凸透镜”观察细小物体，就可以实现放大的效果（如图3）.

4 以自主创新实验“分析”为载体，发展学生批判思维

批判思维是科学思维中的“检察官”，运用这种思维可以从多个角度观察事物，并形成有价值的评价.批判思维能够在学生对自主创新实验进行分析与论证的过程中被强化，以此获得发展.

例如 苏教版初中物理八年级上册第三章在“光现象”一章中提到了一个有趣的光现象.当阳光透过树叶的缝隙照射到地面上时，会呈现出各种各样的形状，如果细心的话可以发现，这些形状有的是规则的，有的是不规则的，有的是模糊的，也有的是清晰的.那么光斑的形状取决于什么呢？教材中给出了详细的实验设计方案，并详细说明了实验探究的过程（图4）.学生提出猜想时，认为光斑的形状是光孔的形状决定的.但实验过程中可以发现，当光孔越小时，光斑的形状开始变得模糊起来，最后甚至变成了一个圆形的光斑.实验结果并不完全符合最初的猜想.因此需要对实验过程展开分析，看哪些因素发生了变化.根据观察，实验过程中缝隙的大小发生了变化，因此，可以判断光斑的形状可能与缝隙的大小有关.但这种判断也并不完全正确，因为当小孔相对较大时，光斑的形状确实是由光孔的形状决定的，但当小孔足够小时，光斑的形状不一定与光孔形状一致.

5 以自主创新实验“评价”为载体，发展分享思维

物理学的发展离不开诸多学者对自己学术成果的无私分享.推动学生开展自主创新实验，还可以借助实验评价方式来发展分享思维.

例如 苏教版初中物理八年级上册第四章第二节“透镜”和第三节“凸透镜成像的规律”提到了光的折射现象在生活中的应用，分析和阐述了“透镜”这一光学元件的原理、参数，并在“学生實验”部分对凸透镜成像的规律展开了深入探讨.教材上的实验设计中规中矩，是利用蜡烛作为光源展开实验的.学生在进行自主创新实验时，可以不拘泥于教材上的示例，分别替换不同类型的光源、透镜和光屏.光源可以替换为窗外的风景（室内光线要调暗）等，透镜可以替换为老花镜等，光屏可以替换为镜面等.这种情况下依然可以对凸透镜的成像规律展开研究，不但操作起来更灵活，给人的印象也会更深刻，达到的效果可能会更好.

6 结语

综上所述，拓展学生的科学思维广度和提升学生的科学思维水平是物理教育的重要目标.学生自主创新实验是物理教学的一项有效措施.在初中物理知识体系中，存在大量值得深入探索的光学现象和规律.将自主创新实验作为学生了解光学知识，研究光学现象，掌握光学规律的载体，可以有效助力学生科学思维的全面发展，打造以人为本的创新型教育模式.

参考文献：

[1]杨链.自主创新小实验在初中物理教学中的作用[J].理科爱好者，2023（03）：85-87.

[2]蒋德明，刘海惠，汤金波.初中物理学生自主创新实验的实践研究[J].理科考试研究，2021（08）：46-48.