一、引言

科学思维，作为人们在科学探索中所依赖的核心素养，涵盖了观察、实验、推理、归纳、分析等多元化的思维方法和过程^[1]。它不仅是科学家们在科学研究中不可或缺的工具，更是初中生在科学学习中需要重点培养的能力。

在初中科学教育中，实验教学扮演着举足轻重的角色。通过实验，学生们能够直观地感受到科学知识的魅力和实用性，更能够在实践中深化对科学原理的理解。而实验教学不仅是简单的动手操作，更是一个集观察、思考、分析、归纳于一体的过程。在这一过程中，学生们需要运用科学思维来观察实验现象，分析实验数据，推导出科学结论。

然而，当前初中科学教育在实验教学方面仍存在一些问题，如实验设计缺乏探究性、实验过程过于机械化等，这些问题都限制了科学思维的培养。因此，如何通过实验教学设计有效发展学生的科学思维，成为当前初中科学教育亟待解决的问题。

为了解决这一问题，教师需要在教学设计中融入更多的探究元素，设计具有启发性和挑战性的实验任务，以激发学生的求知欲和探究欲^[2]。同时，教师还需要在实验过程中关注学生的思维活动，引导他们运用科学思维来观察、分析和解决问题，从而培养学生的科学素养和创新能力。只有这样，才能真正发挥实验教学在科学思维培养中的重要作用。

二、教学设计的原则与策略

（一）教学设计原则

在初中科学实验教学中，教学设计应遵循以下几个原则，以确保科学思维的有效培养。

首先，以学生为中心是教学设计的核心原则。这意味着我们在设计实验时，需要充分考虑学生的认知能力和兴趣点，确保实验内容既符合学生的年龄特征，又能激发他们的学习热情和主动性^[3]。通过了解学生的需求和兴趣，我们可以更好地设计实验，使学生在参与实验的过程中积极投入，主动思考。

其次，突出科学思维是教学设计的另一个重要原则。实验教学不仅是传授科学知识的途径，更是培养学生科学思维的重要手段^[4]。因此，在教学设计中，我们需要明确科学思维的培养目标，将科学思维的培养贯穿于实验教学的全过程。通过设计具有探究性和挑战性的实验任务，引导学生运用科学思维来观察、分析和解决问题。

最后，强调实践与探究是教学设计的又一关键原则。科学思维的培养离不开实践活动的支持。因此，在教学设计中，我们需要注重学生的实践操作和探究能力，让学生在实践中体验科学思维的魅力。通过让学生亲自动手进行实验，观察实验现象，分析实验数据，他们可以更好地理解科学原理，掌握科学方法，从而培养起科学思维的能力。

（二）教学策略

在遵循上述教学设计原则的基础上，我们可以采用以下教学策略来发展学生的科学思维。

首先，情境导入是一种有效的教学策略。通过创设与学生生活紧密相关的实验情境，我们可以引导学生迅速进入实验状态，激发他们的探究欲望。这种情境化的教学方式可以使学生更加主动地参与到实验中来，提高他们的学习兴趣和积极性。

其次，问题驱动是另一种重要的教学策略。我们可以设计具有启发性和探究性的问题，让学生在解决问题的过程中发展科学思维^[5]。这些问题应该能够引导学生深入思考，激发他们的好奇心和求知欲，促使他们主动寻求答案。

最后，合作探究是一种培养学生合作精神和团队协作能力的教学策略。通过鼓励学生进行小组合作，共同探究实验现象和规律，我们可以让他们学会与他人交流、分享和合作。这种合作式的学习方式不仅可以提高学生的学习效率，还可以培养他们的合作精神和团队协作能力，为他们未来的学习和工作打下坚实的基础。

三、课堂教学的实施

在初中科学实验教学中，课堂教学的实施是至关重要的一环。它涉及实验前的准备、实验中的指导和实验后的总结三个关键阶段，每一个阶段都对学生的科学思维培养起着至关重要的作用。

（一）实验前的准备

实验前的准备阶段是确保实验顺利进行的基础。在这个阶段，教师应注重以下几个方面：

首先，明确实验目的和原理是实验前的首要任务。教师应向学生清晰地阐述实验的目的，即实验想要达到什么目标，以及实验背后的科学原理。这不仅有助于学生建立正确的科学认识，还能激发他们对实验的兴趣和好奇心^[6]。通过了解实验目的和原理，学生可以更好地理解实验的意义和价值，从而更加主动地参与到实验中来。

其次，指导学生预习是实验前准备的重要环节。教师应提前布置预习任务，要求学生提前了解实验内容、方法和步骤。通过预习，学生可以对实验有一个初步的了解，明确自己在实验中的任务和要求。这有助于学生在实验过程中更加专注和投入，提高实验的效果和质量。

在实验前的准备阶段，教师还可以利用一些教学资源来辅助教学。例如，可以利用多媒体教学资源展示实验原理和步骤，帮助学生更好地理解实验内容。同时，教师也可以准备一些实验器材和试剂，确保实验的顺利进行。

（二）实验中的指导

实验中的指导阶段是学生进行实验的关键环节。在这个阶段，教师应注重以下几个方面：

首先，进行规范的实验操作示范是实验指导的首要任务。教师应向学生展示正确的实验操作方法，确保学生掌握正确的实验技能。通过示范操作，学生可以直观地了解实验的操作流程和注意事项，避免在实验过程中出现错误和危险。

其次，观察指导是实验指导的重要环节。教师应密切关注学生的实验操作过程，及时发现问题并给予指导。在观察过程中，教师应注重培养学生的观察能力和实验技能，引导他们发现实验现象和规律。同时，教师还应关注学生在实验中的表现和情绪变化，及时给予鼓励和支持，增强他们的自信心和积极性。

在实验指导过程中，教师还可以适时提出问题，引导学生思考实验现象背后的科学原理。这些问题应该具有启发性和探究性，能够激发学生的好奇心和求知欲。通过思考和解答问题，学生可以更加深入地理解实验原理和科学知识，培养他们的科学思维能力和创新能力。

（三）实验后的总结

实验后的总结阶段是对实验过程和结果的回顾和反思。在这个阶段，教师应注重以下几个方面：

首先，要求学生撰写实验报告是实验总结的重要环节。实验报告是对实验过程和结果的书面总结，可以帮助学生梳理实验思路、整理实验数据和结论。通过撰写实验报告，学生可以培养他们的文字表达能力和科学素养。同时，教师还可以通过批改实验报告来发现学生在实验中存在的问题和不足，给予及时的反馈和指导。

其次，组织学生进行实验反思交流是实验总结的另一种方式。在反思交流过程中，学生可以分享自己的实验经验和体会，相互学习和借鉴。通过交流和讨论，学生可以更加深入地理解实验原理和科学知识，培养他们的批判性思维和交流能力^[7]。同时，教师也可以通过反思交流来发现教学中的问题和不足，为今后的实验教学改进提供依据。

总之，在初中科学实验教学中，课堂教学的实施是至关重要的一环。通过实验前的准备、实验中的指导和实验后的总结三个阶段的有机结合，可以有效地培养学生的科学思维能力和创新能力，提高他们的科学素养和实践能力^[8]。

四、案例分析

在科学教育实践中，通过具体的实验案例，我们能够更具体地探讨如何有效培养学生的科学思维。以下我们将通过两个具体的实验案例——电路实验和光合作用实验，来详细阐述如何在实验教学中融入科学思维的培养。

（一）案例一：电路实验

1.实验目的：

电路实验旨在让学生通过亲手操作，理解电路的基本概念和规律，如电流、电压、电阻等，并培养学生的观察、实验和推理能力。通过实验，学生将能够建立对电路知识的直观认识，提高解决实际问题的能力^[9]。

2.教学过程：

（1）引入与准备

在实验开始前，教师首先向学生介绍电路的基本概念和实验目的，激发学生对实验的兴趣和好奇心。然后，教师展示电路实验器材，并说明各器材的用途和注意事项。同时，教师布置预习任务，要求学生提前了解电路知识，为实验做好充分准备。

（2）示范操作与指导

在实验过程中，教师首先进行电路实验的示范操作。教师规范地连接电路器材，并详细解释每一步操作的目的和注意事项。然后，教师指导学生进行实验操作。教师巡视学生的实验过程，及时发现问题并给予指导。在实验过程中，教师提出问题引导学生思考，如“电流是如何流动的？”“电阻对电流有什么影响？”等。通过这些问题，教师引导学生关注实验现象，并尝试解释实验现象背后的科学原理。

（3）观察与记录

在实验过程中，教师鼓励学生认真观察实验现象，并记录实验数据。学生可以通过观察灯泡的亮度、电流表的读数等，来感受电流的变化和电阻的影响。同时，教师要求学生记录实验数据，以便后续的分析和总结。

（4）分析与讨论

实验结束后，教师组织学生进行实验数据的分析和讨论。学生可以通过分析实验数据，得出电流、电压和电阻之间的关系。在讨论过程中，教师可以引导学生进一步思考实验现象背后的科学原理，如欧姆定律等。通过讨论，学生可以加深对电路知识的理解，提高科学思维能力。

（5）实验报告与反思

最后，教师要求学生撰写实验报告，总结实验过程、现象和结论。在撰写实验报告的过程中，学生需要整理实验数据、分析实验结果，并阐述自己的理解和体会。通过撰写实验报告，学生可以巩固所学知识，提高文字表达能力和科学素养^[10]。同时，教师还可以通过批改实验报告来发现学生在实验中存在的问题和不足，并给予及时的反馈和指导。

（6）反思与交流

在实验结束后，教师还可以组织学生进行实验反思交流。在反思交流过程中，学生可以分享自己的实验经验和体会，相互学习和借鉴。通过交流和讨论，学生可以更加深入地理解电路知识和实验原理，提高科学思维能力和批判性思维能力。

（二）案例二：光合作用实验

1.实验目的：

光合作用实验旨在让学生通过亲手操作，理解植物光合作用的原理和过程，并培养学生的观察、实验和分析能力。通过实验，学生将能够了解光合作用的条件、产物和影响因素，提高解决实际问题的能力。

2.教学过程：

（1）引入与准备

在实验开始前，教师向学生介绍光合作用的基本原理和实验目的，激发学生对实验的兴趣和好奇心。然后，教师展示实验器材和植物样本，并说明各器材的用途和注意事项。同时，教师布置预习任务，要求学生提前了解光合作用知识，为实验做好充分准备。

（2）示范操作与指导

在实验过程中，教师首先进行光合作用实验的示范操作。教师规范地准备实验器材和植物样本，并详细解释每一步操作的目的和注意事项。然后，教师指导学生进行实验操作。教师巡视学生的实验过程，及时发现问题并给予指导。在实验过程中，教师提出问题引导学生思考，如“为什么叶片会变色？”“光照强度对光合作用有什么影响？”等。通过这些问题，教师引导学生关注实验现象，并尝试解释实验现象背后的科学原理。

通过以上两个实验案例的分析，我们可以看到在实验教学中融入科学思维的培养是非常重要的。通过规范的实验操作、有效的问题引导、充分的观察与记录、深入的分析与讨论以及及时的反馈与指导等环节，我们可以有效地培养学生的观察、实验、推理和分析等科学思维能力。同时，通过撰写实验报告和进行反思交流等活动，我们还可以提高学生的文字表达能力和批判性思维能力。这些能力的培养将为学生未来的学习和工作奠定坚实的基础。

五、结论

通过实验教学设计、课堂教学和案例分析三个方面的探讨，本文提出了一系列基于发展学生科学思维的初中科学实验教学策略和方法。这些策略和方法旨在通过实验教学有效发展学生的科学思维，提升学生的科学素养和创新能力。同时，本文也强调了在实验教学中应注重学生的实践操作和探究能力，让学生在实践中体验科学思维的魅力。

参考文献：

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[2] 李明. 初中科学实验教学中的学生科学思维培养研究[D]. 华东师范大学, 2022.

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