物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的有效策略

■黃冠

物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的有效策略

■黃冠

教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，初中物理教學(xué)應(yīng)將科學(xué)思維能力的培養(yǎng)滲透在教學(xué)各環(huán)節(jié)中，逐步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理、質(zhì)疑思辨、摸索自悟等多種科學(xué)思維能力，從而全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

初中物理 核心素養(yǎng) 科學(xué)思維能力 有效策略

義務(wù)教育階段的物理課程作為科學(xué)教育的組成部分，是以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程。新修訂的《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》將物理課程目標(biāo)深化為培養(yǎng)學(xué)生的“物理核心素養(yǎng)”，即學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，它包括：物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)要素。由于年齡階段的特點(diǎn)，目前初中階段的物理教學(xué)非常重視實(shí)驗(yàn)探究，但在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方面做得還很不夠?！翱茖W(xué)思維”是指能基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。雖然在這方面我們不用對初中生提出太高要求，但作為初中的物理教師還是應(yīng)該在教學(xué)過程中穿插一些提升學(xué)生思辨力的教學(xué)環(huán)節(jié)，為之后的初高中課程銜接以及學(xué)生的終身發(fā)展打下良好基礎(chǔ)，這樣不僅能讓教學(xué)過程更加流暢，也有助于提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

一、科學(xué)推理：事實(shí)與猜想之間的橋梁

初中物理新課常以一些與新課內(nèi)容相關(guān)的生活現(xiàn)象、小實(shí)驗(yàn)、小魔術(shù)等引入，一方面可以引起學(xué)生興趣，另一方面也為后續(xù)教學(xué)做鋪墊，應(yīng)該說非常有效且實(shí)用。但在實(shí)際教學(xué)中，教師往往會(huì)在挑選引入的小實(shí)驗(yàn)上動(dòng)足腦筋，反而忽視了如何從引入過渡到后續(xù)的教學(xué)。如果教師能在教學(xué)過程中精心設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)展學(xué)生科學(xué)推理能力的過渡環(huán)節(jié)，既不會(huì)花太多時(shí)間，也能讓學(xué)生更明確接下來要做什么，有利于讓“引入”環(huán)節(jié)更好地為教學(xué)服務(wù)，也有利于學(xué)生思維的發(fā)展。

例如，在“光的折射”教學(xué)中，有許多生活中的現(xiàn)象或小實(shí)驗(yàn)都與本節(jié)內(nèi)容息息相關(guān)，其實(shí)這些現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)都可以作為本課的引入。與其絞盡腦汁地思考到底選擇哪個(gè)引入才能引起學(xué)生的興趣、吸引學(xué)生的眼球，還不如踏踏實(shí)實(shí)地選擇一個(gè)實(shí)驗(yàn)，想想怎樣才能讓它更好地為后續(xù)教學(xué)服務(wù)。筆者在引入這節(jié)新課時(shí)常用這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一次性紙杯底部中心區(qū)域，用紅色記號筆畫一個(gè)直徑約為5mm的圓點(diǎn)，然后將杯子放到實(shí)物投影儀攝像頭的下方（攝像頭不要正對底座，而應(yīng)偏轉(zhuǎn)一定角度），將杯子放置在攝像頭可以拍到紅點(diǎn)的位置，讓學(xué)生在投影幕上看到紅點(diǎn)，然后將杯子向攝像頭偏轉(zhuǎn)的方向慢慢移動(dòng)，直到學(xué)生正好看不到紅點(diǎn)為止。此時(shí)教師提問：“你們能用前面學(xué)習(xí)的知識解釋一下為什么我們看不到那個(gè)紅點(diǎn)了嗎？”多數(shù)學(xué)生思考后都能答出：“是因?yàn)楣庠诰鶆蚪橘|(zhì)中沿直線傳播，紅點(diǎn)發(fā)（反射）出的光被杯子的上邊緣擋住了，所以我們看不到紅點(diǎn)了?！苯又處熉永锏谷肭逅?，在沒有移動(dòng)杯子位置和調(diào)節(jié)攝像頭角度的前提下，同學(xué)們驚奇地發(fā)現(xiàn)：不一會(huì)兒紅點(diǎn)又重新出現(xiàn)在投影銀幕上了。此時(shí)教師引導(dǎo)：“剛才是由于光的直線傳播導(dǎo)致我們看不到紅點(diǎn)了，但當(dāng)我在杯子內(nèi)加入一些水后，我們又再次看到了紅點(diǎn)，根據(jù)這種現(xiàn)象大家能得出什么猜想呢？”這樣，“光從水中傳播到空氣中很可能不沿直線傳播”的猜想很容易就得到了，接下來就是討論光往哪偏折、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、探究光的折射特點(diǎn)等一系列流程了，這樣既符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和規(guī)律，也鍛煉了學(xué)生的科學(xué)推理能力。

二、質(zhì)疑思辨：深化概念理解，實(shí)現(xiàn)自主建構(gòu)

物理概念是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是中學(xué)物理教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。優(yōu)化物理概念教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)成功的關(guān)鍵，學(xué)習(xí)物理概念不能靠死記硬背，否則就不能真正理解、靈活運(yùn)用。比值法是定義物理概念的常用方法之一，如果能夠讓學(xué)生從概念建構(gòu)中提煉出比值法，理解比值法的思想，并能用比值法定義概念，那么學(xué)生的學(xué)習(xí)就得到了真正的內(nèi)化，并能提升科學(xué)素養(yǎng)，形成物理學(xué)科文化。

例如，在“速度”概念建構(gòu)教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生了解了“相同路程比時(shí)間”和“相同時(shí)間比路程”這兩種方法后，筆者都會(huì)給出兩組數(shù)據(jù)并請學(xué)生分析：“從我家到學(xué)校的距離約為4km，我開車上班所需要的時(shí)間大概是10min；而從我家到嘉興市區(qū)的距離大約是20km，我開車過去大約需要40min，請問我去哪里的車速更快些？”

由于學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過程中早已接觸過“速度”的相關(guān)計(jì)算，于是他們很快就能算出來：第一次的速度是0.4km/min，第二次的速度是0.5 km/min，所以第二次比第一次快。教師接著追問：“那為什么你們會(huì)覺得0.5 km/min的速度比0.4 km/min的速度快呢？”經(jīng)過思考，有一部分同學(xué)能夠回答出：“0.5 km/min表示汽車每分鐘行駛了0.5千米，而0.4 km/min表示汽車每分鐘行駛了0.4千米，所以第二次比第一次開得快?！苯處熢俜磫枺骸澳銈兌际怯寐烦膛c時(shí)間的比值來比較物體運(yùn)動(dòng)快慢的，那如果我用時(shí)間與路程的比值就不能比較出物體運(yùn)動(dòng)的快慢了嗎？”

聽到這個(gè)問題，大多數(shù)學(xué)生都愣住了，只有少部分學(xué)生用很不確定的語氣說道：“這樣也行？”于是我鼓勵(lì)大家用這種方法也計(jì)算一下，看看用這種方法計(jì)算出的兩個(gè)比值能否比較出物體運(yùn)動(dòng)的快慢，學(xué)生計(jì)算后得出：兩次的比值分別是2.5min/km和2min/km，然后我讓學(xué)生嘗試著用前面的方法描述一下這兩組數(shù)據(jù)的物理意義：行駛1千米的路程用時(shí)2.5分鐘和行駛1千米的路程用時(shí)2分鐘，講到這里當(dāng)然就很容易比較出哪次運(yùn)動(dòng)得快了。

這時(shí)學(xué)生七嘴八舌的討論中夾雜著驚異的對話：“咦，怎么比值越小的那組數(shù)據(jù)反而表示物體運(yùn)動(dòng)得越快了呢？”教師適時(shí)引導(dǎo)補(bǔ)充：“考慮到‘比值越小表示物體運(yùn)動(dòng)得越快’這種思維不太符合我們的常規(guī)認(rèn)知邏輯，所以物理學(xué)上選擇了用‘路程與時(shí)間的比值’來描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢，叫做速度，這樣大家都明白這個(gè)公式的由來了吧？”

初中階段用比值法定義的物理量還有：密度、壓強(qiáng)、功率、比熱容、熱值等，“速度”這一概念雖然在前面的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中已經(jīng)接觸到了，但當(dāng)時(shí)學(xué)生只是被簡單地告知有這一公式，然后進(jìn)行計(jì)算，他們并不了解這個(gè)定義的來龍去脈。但如果在教學(xué)過程中多花個(gè)三五分鐘，讓學(xué)生多進(jìn)行一些比較、討論和思辨，不僅有助于他們對物理量的定義和物理意義的理解，而且也對后續(xù)比值法定義的學(xué)習(xí)有良好的促進(jìn)作用。

三、摸索自悟：在交流探討中實(shí)現(xiàn)合作式自主學(xué)習(xí)

基本測量工具的使用是初中物理教學(xué)中的重要內(nèi)容，學(xué)會(huì)正確使用測量工具不僅是課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、中考考點(diǎn)，也是完成實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)和保證。由于課本上描述器材使用的相關(guān)文字類似于一份說明書，所以許多教師在處理這部分教學(xué)內(nèi)容的時(shí)候大多采用“教師直接講授”或“學(xué)生自學(xué)”兩種方法，筆者并非認(rèn)為這兩種方法不可行，但如果我們能夠設(shè)計(jì)一個(gè)讓學(xué)生觀察、摸索、討論、自悟的教學(xué)環(huán)節(jié)，那不僅能夠加深他們對測量工具的了解，同時(shí)也能將一個(gè)看似并不重要的環(huán)節(jié)加以深化和拓展，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)也發(fā)展了思維。

筆者曾在電流表使用的教學(xué)中，偶然間聽到學(xué)生的對話：“電流表有三個(gè)接頭，那該怎么連到電路里去呢？”“傻呀，黑的接頭肯定要用的，然后兩個(gè)紅的接頭里面選一個(gè)唄！”聽到這里，我真正認(rèn)識到：學(xué)生在進(jìn)入課堂的時(shí)候并不是一張白紙，他們已有自己的想法和認(rèn)知，我們能否在教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用，讓他們自行觀察電流表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后由學(xué)生提出自己的想法或疑問，再由教師引導(dǎo)學(xué)生一起討論、思辨、嘗試，最后自己總結(jié)出電流表的使用方法及注意事項(xiàng)呢？經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于如何使用電流表大概存在以下幾個(gè)問題：電流表的指針沒有指在零刻度怎么辦？電流表上為什么有三個(gè)接線柱，該如何選擇？電流表的表盤上為什么有兩排示數(shù)，為什么還有負(fù)數(shù)？電流表該與被測用電器串聯(lián)還是并聯(lián)？把這幾個(gè)問題解決后，學(xué)生也就學(xué)會(huì)如何正確使用電流表了。

在教學(xué)實(shí)施過程中，我會(huì)在課前故意把幾個(gè)小組電流表的指針調(diào)到指向非零刻度的位置，學(xué)生在觀察電流表時(shí)都會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)情況，自然就引出了“校零”的問題。接下來由學(xué)生在摸索中提出并討論解決以下一系列問題：1.電流表有三個(gè)接線柱，如果將電流表接入電路只需要兩個(gè)接線柱，那應(yīng)該怎么選擇？2.實(shí)際測量過程中不知道被測電流的大小，你覺得該如何在兩個(gè)正接線柱中作出選擇？（可以給出兩個(gè)不同的電流值，讓學(xué)生選擇合適的接線柱并說出理由）3.為什么你覺得用小量程電流表測出來的數(shù)據(jù)會(huì)更準(zhǔn)確呢？4.選擇不同量程時(shí)，電流表的分度值各是多少？筆者發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過一系列討論后，同學(xué)們基本能達(dá)成共識，大家在摸索和自悟中也能夠理解并掌握電流表的使用方法，這樣的學(xué)習(xí)方式很活潑，學(xué)生也比較感興趣，教學(xué)效果良好。

物理核心素養(yǎng)包含的方面很多，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)也不可能一蹴而就，這需要教師在平時(shí)的教學(xué)中始終將學(xué)科教學(xué)理念貫穿于教學(xué)每個(gè)環(huán)節(jié)。在物理教學(xué)高度重視實(shí)驗(yàn)的大環(huán)境下，教師更不應(yīng)該忘記對學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。像實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、查找錯(cuò)誤等環(huán)節(jié)都是需要學(xué)生思考辨析的，如果說實(shí)驗(yàn)是外在的形體，那科學(xué)思維能力便是內(nèi)在的靈魂。教師在實(shí)際教學(xué)中，不妨讓教學(xué)過程“復(fù)雜”一點(diǎn)，讓學(xué)生在思辨中悟理，讓我們物理教學(xué)更好地為培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)而服務(wù)。

（作者為江蘇省蘇州市吳江區(qū)盛澤第二中學(xué)教師）

［1］梁建，張杰，朱翠芹.基于科學(xué)探究體驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)——以初中物理“浮力教學(xué)”為例［J］.物理教學(xué)，2017(4)：37-40.

［2］夏廣平.深入理解核心素養(yǎng)真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究［J］.物理教師，2016(12)：23-25.