基于科学思维的高中物理教学设计--以“液体的表面张力”为例.pdf

E-mail:.教学设计May.2023中物理教学参考Vo1.52 No.5基于科学思维的高中物理教学设计以“液体的表面张力”为例赵娟娟王慧慧（安徽省涡阳第一中学安徽亳州233600)文章编号：10 0 2-2 18 X(2023)05-0033-03中图分类号：G632.3文献标识码：B摘要：以人教版“液体的表面张力”为例，通过科学制定相应的教学目标，设计教学环节，基于科学思维进行课堂教学设计，实现物理教学目标的同时，促进学生科学思维的培养。关键词：科学思维；液体的表面张力；教学设计科学思维能力是学生核心素养的体现，因此，教学目标的制定和教学环节的设计应着重培养学生的科学思维，让学生在以后的学习中面对不同的问题时，能够利用已形成的科学思维方法分析问题，并提出有效的解决方案。科学思维是指通过一定的规则对多种思维元素进行排列组合并综合运用，从而形成一套科学的方法论。科学思维能够让人们通过合理的规则进行思考，然后运用一系列推理方法，如演绎法、归纳法、类比法等进行科学探索，其中逻辑思维能力是比较重要的部分。从如图1所示的内容中，可以窥见科学思维在科学领域探索中的作用。运用演绎通过观察归纳与类建立，修推理得到实验，分是选择问题实验筛选比得到假通过正，完善可检验的析等方法说理论模型陈述验证陈述否图1笔者以人教版高中物理中“液体的表面张力”为例，基于科学思维能力的培养，探讨关于教学目标和教学过程的优化设计，从而提高教学质量。这一节提到的案例皆源于实际的生活场景，其中宏观的生活场景与微观理论相结合，不仅能让学生认识生活现象背后的原因，而且能在科学探究过程中更好地培养学生的科学思维能力。一、教学目标教材对“液体的表面张力”这一章的编写思路是：首先，由生活实际引出问题，激发学生的好奇心；其次，通过肥皂膜与棉线实验自然而然地抛出液体的表面张力的概念。通过实验进一步类比探究液体与固体间作用的现象，即浸润、不浸润以及毛细现象。在学习液体的表面张力前，学生已经学习了分子运动理论的内容，了解了物质的微观组成以及作用理论。基于高中学生已有的生活经验可知，虽然对本节内容并不陌生，但是对这种现象尚处于感性认知的阶段，需要通过教师的进一步引导，将学生的认知转变为理性认知。基于新课标的要求、教材的设计思路以及学生认知的综合考量，制定了基于思维的教学目标，如表1所示。E-mail:.教学设计2023年5 月中物理教学参考第5 2 卷第5 期表1科学思维教学环节教学目标要素基于现有知识对肥皂泡等诸多生活现环节1科学推理象进行理性分析，提出自己的猜想；通过倒水游戏，推理结论通过肥皂膜和棉线的变化实验，对液环节2科学推理体的表面张力进行合理的论证推理能够了解液体表面张力的基本概念，建构液体表面分子相互作用的模型，环节3模型构建在实际问题情境中运用习得的知识对其进行解释在液体表面张力实验中，能够陈述自环节4科学论证已的观点能够质疑有认知矛盾的现象，通过现环节5质疑创新在的知识主动认识生活中的相关现象，具备相关的创新意识二、教学设计基于培养学生科学思维，笔者制定了相应的具体教学目标。以此目标为参考，设计对应的教学环节，如表2 所示。教学情境教学合作探究引入概念归纳类比应用创新内容启发思考实验推理构建模型思维迁移思维升华科学启发思维形成思维思维呈现思维迁移思维提升一思维图21.情境教学，启发思考教师通过多媒体设备展示生活中与液体表面张力相关的神奇自然现象，对这一现象出现的原因进行追问，引导学生进入情境，启发学生思考。例如，阳光照耀下，荷叶上晶莹闪烁的露珠；秋日清晨的蛛网上如星星点缀的水珠；可以在平静的湖面上自由行走的水；天真烂漫的孩童追逐着的五彩斑斓肥皂泡等等。观察生活情境，教师向学生提出相应的问题。例如，为什么水无法打湿荷叶，荷叶上的露珠、蛛网上的露珠以及飘浮在空中的肥皂泡为什么都是椭球形的？水为什么能够在水面上如履平地而不是沉没在水中？教师利用多媒体将教学内容与学生的亲身实践结合起来，让学生置身于情境之中，激发学生兴趣，引导学生独立思考，将学生对此种现象的感性认知，转变为理性分析。多媒体展示后，教师组织学生进行更有趣味的倒水小游戏，使其切身感受液体的表面张力现象。游戏中，可以设置为每个学生依次向同一个水杯倒人不限量的水直到水从水杯中溢出来为止，要求每次必须有水倒入，最后，对教师课堂教学开始时提出的问题一一进行回答。学生通过游戏可以观察到，水可以超出水杯平面一定高度而不会溢出，进一步激发学生的好奇心。通过课堂游戏引领学生进人科学探究，利用已经习得的知识尝试分析问题，提出合理猜想。引出本节课的内容液体的表面张力。2.合作探究，实验推理引出“液体的表面张力”后，教师让学生组成自主性学习小组，以合作的方式进行实验探究，对环节1中大家的猜想进行实验验证，尝试总结液体表面张力的特点。教师可以将观察肥皂膜和棉线的变化实验交给各个小组去完成，由各个小组动手实验。做实验的过程中，教师可提出一些问题，例如，棉线的变化是不是因为受到力的作用？力的来源是哪里？是什么作用产生的力？让学生带着这些问题去做实验，引导学习小组尝试表述液体表面张力的概念。学生能够运用控制变量法探究液体的表面张力，通过归纳推理得出液体的表面张力是客观存在的、作用力在表面层内等结论。3.引入概念，建构模型学习小组得出初步结论后，教师引导学生回顾已经学习过的相关知识，如液体中分子之间的作用力，指导学生画图表示液体表面的分子距离，分析其合力，最终从微观角度得出产生表面张力的原因如图3所示。通过微观角度剖析液体的表面张力和分子之间作用力的性质，不仅清晰阐述表面张力的概念，从微观分子层面指导学生建构液体的表面张力的模型。E-mail:2L5（本文编辑：王萍）.教学设计May.2023中物理教学参考Vo1.52 No.5rr。气rro表面层r=r。液体内液体表面附近分子示意图图34.归纳类比，思维迁移学生形成液体表面张力的概念后，运用微观分子间作用力的知识建构液体表面张力的模型，教师引导学生对本章节其他教学内容进行类比归纳及推理，让学习小组带着问题进行探究，每个小组通过合作的方式对教师提出的问题进行回答。问题1既然液体的表面张力是在液体和气体的接触面分子间相互作用产生的一种力，这种作用力在液面内，那么液体和固体的接触面是不是也有同样的作用力？这种作用力产生的现象是什么呢？设计意图通过类比引导学生学习浸润和不浸润这两个概念，继续安排学习小组进行毛细现象的观察实验：将两组内径不同、两端开口的洁净玻璃管和塑料笔芯分别插人水中，观察玻璃管和塑料笔芯中的液面高度相同吗？提出问题引发学生进一步思考，巩固已经学到的浸润和不浸润的概念。问题2 为什么实验中不同的材料，液面的高度不同？生活中是不是还有类似的现象？设计意图通过归纳类比让学生将知识映射到生活中的其他现象，不仅可以提高学生的想象力，同时能够提高其逻辑推理能力。例如，看到油纸或者荷叶上的水珠时，学生会主动运用分子之间的微观作用力合理解释此类宏观现象。通过以上学习，学生理解了液体表面张力的微观原理，利用类比迁移解释浸润和不浸润的现象，将所学知识进一步延伸，能够科学解释宏观世界的现象，更深层次地理解所建构的知识模型，教师在教学中只是引导，所有知识的获得都是学生自主探索的结果，培养了学生的物理学科核心素养。5.应用创新，思维升华知识来源于生活，应用于解决生活中的问题，这个环节中，教师通过问题的形式让学生对液体表面张力的相关知识进行梳理运用，从而达到科学思维模式升华的目的。问题3在教学环节1中，留下了很多问题，请对环节1中的问题进行回答。问题4 环境保护是我国的重要国策，水资源污染的检测即为环境保护中的一项重要措施。如何利用今天学到的知识制作一个检测设备，对不同水源的污染情况进行检测？设计意图引导学生对生活中的相关现象进行解释，同时能够利用已经学到的知识，创造性地解决生活中的问题。三、结语基于科学思维的教学设计在物理教学中起着相当重要的作用。在“液体的表面张力”教学中采用启发思维、形成思维、思维呈现、思维迁移、思维提升这种层层递进的培养模式，在教学设计中，利用情境教学，启发思考；合作探究，实验推理；引入概念，构造模型；归纳类比，思维迁移；应用创新，思维升华等五个教学环节，提高教学质量，促进学生科学思维的培养。这种教学模式是培养学生在生活中观察物理现象、课堂中学习物理知识、最终通过物理知识去改变生活的良性学习模式，也是基于科学思维的高中物理教学设计所遵循的原则。参考文献1杜国平.何谓科学思维 J.重庆理工大学学报（社会科学版），2 0 2 2，36（1）：5 9-6 5.2符译丹，陈立万.基于“5 E”教学模式的高中物理教学设计探究：以人教版“液体的表面张力”教学为例 J.物理教师,2 0 2 2,4 3(1)：6-11.3张银硕，于海波，李亚培.指向科学思维的高中物理教学设计：以“液体的表面张力”为例J.理科爱好者（教育教学），2 0 2 1（2）：2 5 2-2 5 4.4颜少芬，付丽萍.基于科学思维能力培养的高中物理教学设计：以“安培力的方向”教学片断为例 J.物理教师,2 0 19,4 0(5)：6-9.5李正福，谷雅慧.论物理核心素养视野下的科学思维教育内容 J.课程教材教法，2 0 18，38（2）：9 7-10 2.