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[摘要]物理核心素养由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成，其中，科学探究是形成其他物理核心素养的主要途径。本文以初中物理《光的反射》为例进行教学实践，展示符合低年级学生思维和探究水平特点的初中物理科学探究课设计。
[关键词]物理核心素养 科学探究 教学设计 光的反射
一、问题提出
物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质。物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成。其中科学探究是指提出科学问题，形成猜想和假设，设计实验与制订方案，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。
学生物理核心素养的培养是一个长期的、连续的过程，每一节物理课特别是科学探究课，在这个过程中扮演着重要角色。作为较低年级的科学探究课，如八年级的学生刚刚接触物理课程，教学设计应以让学生经历简单的探究过程，形成良好的探究习惯，建构连贯的逻辑线索，获得初步的探究能力為目标。初始年级的科学探究课应把握难度，不易过难，避免让学生产生畏难情绪，应着眼于学生的最近发展区，设计良好的“脚手架”，为学生后续探究能力的连续发展奠定基础。
二、《光的反射》科学探究设计案例
以人教版《物理（八年级上册）》之《光的反射》为例，展示符合低年级学生思维和探究水平，基于物理核心素养的初中科学探究课的教学设计。
1.提出科学问题
[问题引入]教师提出思考问题：我们是不是只能看到发光的物体？我们是怎样看到不发光的物体的？引出《光的反射》。
[演示实验1]教师首先演示光沿直线传播的实验，并提出：光遇到障碍物会怎么样？进一步引出“光的反射”，并通过用非镜面物体作为障碍物，反射现象不明显和平面镜作为障碍物，反射现象明显，形成对比。
[演示实验2]教师演示反射光路实验（如图1）。
[板演光路图]教师用黑板演示用光路图将光的传播路径画出来的方法：两点确定一条光线，并引入“入射光线”和“反射光线”。
[提出科学问题]教师指导学生观察光路图（如图2），并引导学生提出科学问题：入射光线和反射光线之间有什么关系？
设计意图：教师利用已有的光沿直线传播知识，巧妙设问，引出“光的反射”。在此基础上，演示反射实验，将抽象概念具体化，并通过板演光路图，教会学生做光路图的方法，并引入“入射光线”和“反射光线”。通过观察光路图，学生自然提出入射光线和反射光线之间关系的科学问题。整个提出科学问题的引导过程，起点比较低，充分利用了学生的已有知识和实验现象所形成的感性认识，符合八年级学生的知识基础和探究水平。
2.形成猜想和假设
[演示实验3]顺时针、逆时针旋转入射光线，学生观察反射光线。
[学生作图]学生分别作出顺时针（如图3）和逆时针（如图4）旋转时的光路图。
[分析现象]学生分析动态现象，得出：当入射光线顺时针旋转时，反射光线逆时针旋转；当入射光线逆时针旋转时，反射光线顺时针旋转。
[形成初步猜想]学生猜想：入射光线与反射光线满足轴对称。
[教师追问]在学生猜想的基础上，教师追问：入射光线与反射光线的对称轴怎样画？对称轴是实线还是虚线？强调作图规范。
[阅读课本]学生自主阅读，了解反射光路中的基本概念：法线、反射面、入射光线、反射光线、入射角、反射角，理解物理学是如何规定光路图中的各个部分。
[黑板板演]教师通过提问检查学生阅读情况，并在黑板上板演规范的光路图（如图5）。
[提出问题]教师提出问题：反射光线与入射光线对称，反射角和入射角之间可能有什么关系？
[演示实验4]教师动态改变入射角，学生观察反射角随入射角的变化情况，引导学生提出猜想。
[准确表述猜想]实验表明入射角减小，反射角减小；入射角增大，反射角增大；反射角随入射角的变化而变化。引导学生准确表述猜想：反射角等于入射角。
设计意图：从静态实验到动态实验，从静态图到动态图，给学生提供了充分的感性认识，完成了静态思维到动态思维的转变，从感性认识到理性分析的转变。学生在对动态现象分析的基础上，对入射光线与反射光线之间的关系进行了合理猜测。教师适时强调作图规范性，并让学生自主阅读教材，进一步在演示实验的基础上，猜想反射角与入射角之间的关系。这一过程中，教师强调学生对猜想的准确表述，即入射角等于反射角，还是反射角等于入射角，让学生明确因果关系。
3.设计实验与制订方案
[布置任务]教师布置科学探究设计任务，要求学生分组讨论设计实验验证“反射角等于入射角”的猜想是否正确，并请小组汇报讨论后的实验方案。
[实验方案1]第一小组进行汇报：我们小组打算先在纸上用量角器画出反射角等于入射角的反射光路图。接着用激光笔使光线从BO入射，观察反射光线是否从OA反射出来，如果反射光线从OA反射出就证明了反射角等于入射角（如图6）。
[实验方案2]第二小组进行汇报：我们小组打算反过来操作，先通过实验画出光路图，再量取反射角和入射角的角度，如果量到反射角等于入射角即证明反射角等于入射角。
[分析实验方案可行性]全班师生讨论两个方案的可行性。
[强调实验规范和安全]教师提问：只做一次实验就可以得到反射角等于入射角的结论吗？强调需要多次实验，提醒学生实验时要特别注意激光器不能照射到同学的眼睛，这样有可能会对眼睛造成永久性的伤害。
设计意图：着眼于学生的最近发展区，设计简单、容易上手的科学探究任务，让学生以小组为单位设计可行的实验方案，小组间不同实验方案的分享和分析，可以激活学生的思维，让学生们学会从不同角度设计实验方案的方法，从而培养学生初步的实验方案设计能力和小组合作能力，并获得自信心和满足感。 4.获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释
[科学探究1]学生以小组为单位按各小组设计的实验方案进行科学探究，验证“反射角等于入射角”这一猜想。
[获取和处理信息]学生在实验过程中，设计实验表格，并准确记录入射角和反射角的数据，经历获取证据的过程。
[分析论证]学生基于反射光路动态变化过程中获得的重要证据，进行分析论证。例如：入射角逐渐减小，反射角随之减小，反射角总是等于入射角（由图7到图8）；当入射光线垂直入射的情况下（如图9），入射角等于0°，反射角也等于0°。
[得出结论1]学生在分析论证基础上，得出结论：反射角等于入射角。
[引导逆向思维]教师引导学生在[科学探究1]的基础上，进行逆向思维，提出问题：入射光线能跨过法线，从右侧入射吗？这时入射角和反射角又如何变化？反射光线会从哪里射出？（由图9到图10）学生可以得出：入射角增大，反射角也增大；反射光线从左侧射出。
[科学探究2]学生进一步开展科学探究：让入射光线从原反射光线的方向入射，实验现象表明：它的反射光线将会沿原来的入射光线方向反射（如图11）。
[得出结论2]学生在逆向思维和科学探究基础上，得出结论：光路是可逆的。
[教师继续引导]教师引导学生进一步发现实验过程中的其他发现。
[科学探究3]教师引导学生开展科学探究，要求学生：把实验报告中的其中一次的光路图沿法线对折一下，把纸移到桌子边上，把反射光线那一半向下或向上弯折，用激光笔和平面镜再次实验。要求学生观察反射光线是否还在纸上。
[观察现象]无论把反射光线那一半向下或向上弯折，反射光线都不在纸上了。
[分析论证]只有将纸平放，才能让反射光线再次出现在纸上，说明入射光线和反射光线在同一平面内。
[得出结论3]基于证据，得出结论：入射光线、反射光线和法线在同一平面内。
设计意图：教师通过步步引导，让学生经历科学探究的整个过程，学会获取和处理数据的方法，并养成基于证据开展论辩和得出结论的良好习惯。三个探究实验，简单易行，但层层递进，有效激活了学生的思维，从正向思维到逆向思维，为学生的思维发展和探究能力发展搭建了台阶。
5.对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思
[课堂小结]教师引导学生对科学探究过程和结果进行交流，并小结在知识和方法上的收获。
[评估反思]学生指出本次课得出的主要结论有：反射角等于入射角，入射光线、法线、反射光线在同一平面内，光路可逆；掌握的主要方法就是用光路图表示光的传播路径，测量入射角和反射角的方法，及设计探究实验方案的方法。
设计意图：教师通过组织学生自己对科学探究过程和结果进行交流、评估和反思，课堂小结关注了学生在知识和方法上的收获，注重学生物理核心素养的提升。
三、教学反思
物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐渐形成的，是学生接受物理学习内化的，适应个人终身发展和社会发展需要的必要品格和关键能力。科学探究不仅是一种科学学习的主要方式，也是形成其他物理核心素养的主要途径，其對学生的提出问题能力、批判性思维能力、交流和合作能力等综合能力的形成具有重要价值。
对于初中较低年级学生，由于刚刚接触物理，知识基础薄弱，探究能力相对较低，因此，科学探究教学难度应有所控制，应以激发学生兴趣和经历基本探究过程为目标。本节课在科学探究过程的设计上，紧紧抓住了学生的最近发展区，定位准确，每一个探究环节的设计都能够让学生够得着，适合初中低年级学生的思维和探究水平，做到了实验逻辑性强，体现了探究的关键环节，学生思维多维且逐层发展，有利于培养学生科学探究的能力。
（责任编辑：毛宏坡）
[关键词]物理核心素养 科学探究 教学设计 光的反射
一、问题提出
物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质。物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成。其中科学探究是指提出科学问题，形成猜想和假设，设计实验与制订方案，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。
学生物理核心素养的培养是一个长期的、连续的过程，每一节物理课特别是科学探究课，在这个过程中扮演着重要角色。作为较低年级的科学探究课，如八年级的学生刚刚接触物理课程，教学设计应以让学生经历简单的探究过程，形成良好的探究习惯，建构连贯的逻辑线索，获得初步的探究能力為目标。初始年级的科学探究课应把握难度，不易过难，避免让学生产生畏难情绪，应着眼于学生的最近发展区，设计良好的“脚手架”，为学生后续探究能力的连续发展奠定基础。
二、《光的反射》科学探究设计案例
以人教版《物理（八年级上册）》之《光的反射》为例，展示符合低年级学生思维和探究水平，基于物理核心素养的初中科学探究课的教学设计。
1.提出科学问题
[问题引入]教师提出思考问题：我们是不是只能看到发光的物体？我们是怎样看到不发光的物体的？引出《光的反射》。
[演示实验1]教师首先演示光沿直线传播的实验，并提出：光遇到障碍物会怎么样？进一步引出“光的反射”，并通过用非镜面物体作为障碍物，反射现象不明显和平面镜作为障碍物，反射现象明显，形成对比。
[演示实验2]教师演示反射光路实验（如图1）。
[板演光路图]教师用黑板演示用光路图将光的传播路径画出来的方法：两点确定一条光线，并引入“入射光线”和“反射光线”。
[提出科学问题]教师指导学生观察光路图（如图2），并引导学生提出科学问题：入射光线和反射光线之间有什么关系？
设计意图：教师利用已有的光沿直线传播知识，巧妙设问，引出“光的反射”。在此基础上，演示反射实验，将抽象概念具体化，并通过板演光路图，教会学生做光路图的方法，并引入“入射光线”和“反射光线”。通过观察光路图，学生自然提出入射光线和反射光线之间关系的科学问题。整个提出科学问题的引导过程，起点比较低，充分利用了学生的已有知识和实验现象所形成的感性认识，符合八年级学生的知识基础和探究水平。
2.形成猜想和假设
[演示实验3]顺时针、逆时针旋转入射光线，学生观察反射光线。
[学生作图]学生分别作出顺时针（如图3）和逆时针（如图4）旋转时的光路图。
[分析现象]学生分析动态现象，得出：当入射光线顺时针旋转时，反射光线逆时针旋转；当入射光线逆时针旋转时，反射光线顺时针旋转。
[形成初步猜想]学生猜想：入射光线与反射光线满足轴对称。
[教师追问]在学生猜想的基础上，教师追问：入射光线与反射光线的对称轴怎样画？对称轴是实线还是虚线？强调作图规范。
[阅读课本]学生自主阅读，了解反射光路中的基本概念：法线、反射面、入射光线、反射光线、入射角、反射角，理解物理学是如何规定光路图中的各个部分。
[黑板板演]教师通过提问检查学生阅读情况，并在黑板上板演规范的光路图（如图5）。
[提出问题]教师提出问题：反射光线与入射光线对称，反射角和入射角之间可能有什么关系？
[演示实验4]教师动态改变入射角，学生观察反射角随入射角的变化情况，引导学生提出猜想。
[准确表述猜想]实验表明入射角减小，反射角减小；入射角增大，反射角增大；反射角随入射角的变化而变化。引导学生准确表述猜想：反射角等于入射角。
设计意图：从静态实验到动态实验，从静态图到动态图，给学生提供了充分的感性认识，完成了静态思维到动态思维的转变，从感性认识到理性分析的转变。学生在对动态现象分析的基础上，对入射光线与反射光线之间的关系进行了合理猜测。教师适时强调作图规范性，并让学生自主阅读教材，进一步在演示实验的基础上，猜想反射角与入射角之间的关系。这一过程中，教师强调学生对猜想的准确表述，即入射角等于反射角，还是反射角等于入射角，让学生明确因果关系。
3.设计实验与制订方案
[布置任务]教师布置科学探究设计任务，要求学生分组讨论设计实验验证“反射角等于入射角”的猜想是否正确，并请小组汇报讨论后的实验方案。
[实验方案1]第一小组进行汇报：我们小组打算先在纸上用量角器画出反射角等于入射角的反射光路图。接着用激光笔使光线从BO入射，观察反射光线是否从OA反射出来，如果反射光线从OA反射出就证明了反射角等于入射角（如图6）。
[实验方案2]第二小组进行汇报：我们小组打算反过来操作，先通过实验画出光路图，再量取反射角和入射角的角度，如果量到反射角等于入射角即证明反射角等于入射角。
[分析实验方案可行性]全班师生讨论两个方案的可行性。
[强调实验规范和安全]教师提问：只做一次实验就可以得到反射角等于入射角的结论吗？强调需要多次实验，提醒学生实验时要特别注意激光器不能照射到同学的眼睛，这样有可能会对眼睛造成永久性的伤害。
设计意图：着眼于学生的最近发展区，设计简单、容易上手的科学探究任务，让学生以小组为单位设计可行的实验方案，小组间不同实验方案的分享和分析，可以激活学生的思维，让学生们学会从不同角度设计实验方案的方法，从而培养学生初步的实验方案设计能力和小组合作能力，并获得自信心和满足感。 4.获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释
[科学探究1]学生以小组为单位按各小组设计的实验方案进行科学探究，验证“反射角等于入射角”这一猜想。
[获取和处理信息]学生在实验过程中，设计实验表格，并准确记录入射角和反射角的数据，经历获取证据的过程。
[分析论证]学生基于反射光路动态变化过程中获得的重要证据，进行分析论证。例如：入射角逐渐减小，反射角随之减小，反射角总是等于入射角（由图7到图8）；当入射光线垂直入射的情况下（如图9），入射角等于0°，反射角也等于0°。
[得出结论1]学生在分析论证基础上，得出结论：反射角等于入射角。
[引导逆向思维]教师引导学生在[科学探究1]的基础上，进行逆向思维，提出问题：入射光线能跨过法线，从右侧入射吗？这时入射角和反射角又如何变化？反射光线会从哪里射出？（由图9到图10）学生可以得出：入射角增大，反射角也增大；反射光线从左侧射出。
[科学探究2]学生进一步开展科学探究：让入射光线从原反射光线的方向入射，实验现象表明：它的反射光线将会沿原来的入射光线方向反射（如图11）。
[得出结论2]学生在逆向思维和科学探究基础上，得出结论：光路是可逆的。
[教师继续引导]教师引导学生进一步发现实验过程中的其他发现。
[科学探究3]教师引导学生开展科学探究，要求学生：把实验报告中的其中一次的光路图沿法线对折一下，把纸移到桌子边上，把反射光线那一半向下或向上弯折，用激光笔和平面镜再次实验。要求学生观察反射光线是否还在纸上。
[观察现象]无论把反射光线那一半向下或向上弯折，反射光线都不在纸上了。
[分析论证]只有将纸平放，才能让反射光线再次出现在纸上，说明入射光线和反射光线在同一平面内。
[得出结论3]基于证据，得出结论：入射光线、反射光线和法线在同一平面内。
设计意图：教师通过步步引导，让学生经历科学探究的整个过程，学会获取和处理数据的方法，并养成基于证据开展论辩和得出结论的良好习惯。三个探究实验，简单易行，但层层递进，有效激活了学生的思维，从正向思维到逆向思维，为学生的思维发展和探究能力发展搭建了台阶。
5.对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思
[课堂小结]教师引导学生对科学探究过程和结果进行交流，并小结在知识和方法上的收获。
[评估反思]学生指出本次课得出的主要结论有：反射角等于入射角，入射光线、法线、反射光线在同一平面内，光路可逆；掌握的主要方法就是用光路图表示光的传播路径，测量入射角和反射角的方法，及设计探究实验方案的方法。
设计意图：教师通过组织学生自己对科学探究过程和结果进行交流、评估和反思，课堂小结关注了学生在知识和方法上的收获，注重学生物理核心素养的提升。
三、教学反思
物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐渐形成的，是学生接受物理学习内化的，适应个人终身发展和社会发展需要的必要品格和关键能力。科学探究不仅是一种科学学习的主要方式，也是形成其他物理核心素养的主要途径，其對学生的提出问题能力、批判性思维能力、交流和合作能力等综合能力的形成具有重要价值。
对于初中较低年级学生，由于刚刚接触物理，知识基础薄弱，探究能力相对较低，因此，科学探究教学难度应有所控制，应以激发学生兴趣和经历基本探究过程为目标。本节课在科学探究过程的设计上，紧紧抓住了学生的最近发展区，定位准确，每一个探究环节的设计都能够让学生够得着，适合初中低年级学生的思维和探究水平，做到了实验逻辑性强，体现了探究的关键环节，学生思维多维且逐层发展，有利于培养学生科学探究的能力。
（责任编辑：毛宏坡）