為提升學(xué)生的科學(xué)思維能力而教

許志

摘 要：核心素養(yǎng)主要是指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。中學(xué)物理核心素養(yǎng)主要由“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”四個(gè)方面的要素構(gòu)成。本文主要基于在初中物理教學(xué)中如何提升學(xué)生的“科學(xué)思維”能力進(jìn)行一些探討。

關(guān)鍵詞：初中物理；科學(xué)思維；核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）6-0069-4

中學(xué)物理科學(xué)思維的內(nèi)涵是指從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式；是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)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(jiàn)解的能力與品質(zhì)。在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力非常重要，以下從四個(gè)方面談?wù)勗诔踔形锢斫虒W(xué)中提升學(xué)生科學(xué)思維能力的一些思考與實(shí)踐。

1 審讀課本教材，將文字“讀生”

教材是師生學(xué)習(xí)的素材，理解教材的編寫(xiě)意圖，對(duì)教師來(lái)說(shuō)非常重要。以下是蘇科版8年級(jí)下冊(cè)《物理》課本的內(nèi)容（如圖1所示）。

在教學(xué)中，我們會(huì)碰到這樣一個(gè)問(wèn)題，在學(xué)完“物體間力的作用是相互的”這一概念后，老師問(wèn)學(xué)生，“同學(xué)們，對(duì)于重力來(lái)說(shuō)，物體間力的作用也是相互的嗎？”事實(shí)證明不少學(xué)生持否定態(tài)度。原因何在？因?yàn)樯钪袑W(xué)生沒(méi)有“自己吸引地球”的體會(huì)。怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？這里就需要教師能理解教材中實(shí)驗(yàn)3的編寫(xiě)意圖，實(shí)際上實(shí)驗(yàn)3是為了替代說(shuō)明重力這個(gè)場(chǎng)力而引入的。

同時(shí)教材中最后一句話(huà)表明“大量事實(shí)”，這里的“大量事實(shí)”到底是什么含義？平時(shí)的教學(xué)中，我們常常會(huì)看見(jiàn)教師在課堂上通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生做許許多多的小實(shí)驗(yàn)，然后就歸納出“物體間力的作用是相互的”，筆者認(rèn)為，那么多的零散的小實(shí)驗(yàn)并不能說(shuō)明問(wèn)題。 本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)完彈力、重力、摩擦力以后才安排的，所以這里的大量事實(shí)是指：（1）對(duì)于彈力來(lái)說(shuō)，物體間力的作用是相互的；（2）對(duì)于重力來(lái)說(shuō)，物體間力的作用是相互的；（3）對(duì)于摩擦力來(lái)說(shuō)，物體間力的作用也是相互的。至此，歸納得出物體間力的作用是“相互”的。以上教學(xué)設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系形成正確的認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生理解歸納物理概念和規(guī)律。

值得一提的是，如果在教學(xué)中教師只是搬出各種有趣的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明物體間力的作用是相互的，而對(duì)實(shí)驗(yàn)的種類(lèi)沒(méi)有“三種類(lèi)型”的意識(shí)，這樣的教學(xué)就是對(duì)“大量事實(shí)”的片面理解，所以我們?cè)趯徸x課本時(shí)，要把“大量事實(shí)”這四個(gè)字 “讀生”，從這四個(gè)字的背后讀出“三種類(lèi)型”的力，這樣處理教材無(wú)疑對(duì)提升學(xué)生的科學(xué)思維能力是很有益處的。

2 精心設(shè)計(jì)問(wèn)題，將情境“串線(xiàn)”

問(wèn)題設(shè)計(jì)是一堂課的“靈魂”，教師和學(xué)生的交流都是通過(guò)問(wèn)題而展開(kāi)的，在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，教師要努力借助情境，設(shè)計(jì)出有思維品質(zhì)的問(wèn)題，同時(shí)問(wèn)題的層次要有遞進(jìn)的空間，才能有利于學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。以下是一堂浮力復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)：

問(wèn)題1：仔細(xì)觀察圖2，你能想到與此圖片有關(guān)的哪些浮力知識(shí)？

學(xué)生交流得到以下知識(shí)點(diǎn)：

（1）梨子受到的浮力小于重力；

（2）蘋(píng)果受到的浮力等于重力；

（3）梨子的密度大于蘋(píng)果的密度；

（4）蘋(píng)果浸沒(méi)在水中時(shí)，浮力一定大于重力。

點(diǎn)評(píng)：?jiǎn)栴}1的設(shè)計(jì)可以復(fù)習(xí)物體的浮沉條件。

問(wèn)題2：如果要具體知道，梨子所受浮力的大小，你有哪些方法？需要添加哪些實(shí)驗(yàn)器材？

學(xué)生討論得出的方法有：

（1）用彈簧測(cè)力計(jì)可以測(cè)出梨子所受浮力的大??；

（2）利用阿基米德原理借助溢水杯可以求出梨子所受浮力的大小。

點(diǎn)評(píng)：?jiǎn)栴}2的設(shè)計(jì)可以復(fù)習(xí)計(jì)算浮力的兩種方法。

問(wèn)題3：如果要具體知道蘋(píng)果所受浮力的大小，你有哪些方法？需要添加哪些實(shí)驗(yàn)器材？

學(xué)生討論得出的方法有：

（1）利用蘋(píng)果漂浮根據(jù)二力平衡可以測(cè)出蘋(píng)果所受浮力的大小；

（2）利用阿基米德原理借助溢水杯也可以求出蘋(píng)果所受浮力的大小。

點(diǎn)評(píng)：有的學(xué)生認(rèn)為對(duì)漂浮的物體只能用浮力和重力大小相等來(lái)求解浮力大小，而不能用阿基米德原理求解，實(shí)際上只要知道液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積，不管物體處于什么狀態(tài)，都可以用阿基米德原理求解浮力大小。

問(wèn)題4：如果要使蘋(píng)果下沉，梨子上浮，你有哪些方法？需要添加哪些實(shí)驗(yàn)器材？

學(xué)生討論得出的方法有：

（1）加鹽可使梨子上浮；

（2）在蘋(píng)果上配重可使蘋(píng)果下沉。

點(diǎn)評(píng)：?jiǎn)栴}4的設(shè)計(jì)可以復(fù)習(xí)有關(guān)“影響浮力大小因素”的知識(shí)。

說(shuō)明：在討論到加鹽可以使梨子上浮時(shí)，可以問(wèn)學(xué)生此時(shí)與蘋(píng)果相關(guān)的物理量有沒(méi)有發(fā)生變化？（浮力不變，排開(kāi)液體的體積變?。?/p>

問(wèn)題5：在圖2中，如果蘋(píng)果和梨子所受浮力的大小分別為F1和F2，要定性比較它們的大小，你認(rèn)為題干中要附加哪些已知條件？

說(shuō)明：如果蘋(píng)果和梨子的體積相同，則F1小于F2（根據(jù)阿基米德原理）；如果蘋(píng)果和梨子的質(zhì)量相同，則F1大于F2（根據(jù)浮沉條件）。

點(diǎn)評(píng)：?jiǎn)栴}5的思維含量較高，可以說(shuō)只要學(xué)生在“題干”和“選項(xiàng)”之間能做到“思前想后”，我們還擔(dān)心學(xué)生在浮力相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握上存在問(wèn)題嗎？

值得一提的是，實(shí)際生活中梨子大多也是浮在水面上的，如圖3所示。在圖2中我們?yōu)榱嗽谏险n時(shí)引出需要復(fù)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容——浮沉條件，因而在梨子上做了“手術(shù)”（在中心插入了一根鐵釘）。從科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的角度出發(fā)，這樣的教學(xué)是不妥的，容易讓學(xué)生認(rèn)為梨子是沉入水底的。那么，在教學(xué)中我們?nèi)绾翁幚磉@個(gè)問(wèn)題呢？只要我們?cè)谙抡n前設(shè)計(jì)這樣一個(gè)情景并提出如下問(wèn)題，就可以很好地解決以上問(wèn)題。情景如圖3所示。

問(wèn)題：同學(xué)們，這兩只梨子是老師同時(shí)從商場(chǎng)買(mǎi)來(lái)的同一批梨子，通過(guò)觀察我們發(fā)現(xiàn)一只漂浮，一只沉底。你猜一猜，哪一只梨子是真的，哪一只梨子被老師做了“手術(shù)”，做了什么“手術(shù)”？通過(guò)這樣的討論，學(xué)生不僅對(duì)浮力的相關(guān)知識(shí)加深了了解，同時(shí)也知道生活中的梨子大多是浮在水面上的。從而也理解了老師上課剛開(kāi)始用的梨子是被老師事先“負(fù)重”了（插了一根釘子）。

3 交流關(guān)注學(xué)生，將方法“內(nèi)化”

課堂教學(xué)中，我們經(jīng)?？吹竭@樣的現(xiàn)象，當(dāng)教師提出一個(gè)問(wèn)題后，請(qǐng)一位同學(xué)回答問(wèn)題時(shí)，教師往往會(huì)很快給出評(píng)價(jià)，這樣處理顯然淡化了學(xué)生的主體地位。我們希望課堂教學(xué)中在師生交流問(wèn)題時(shí)，學(xué)生才是“首席評(píng)價(jià)者”，這樣才能暴露出學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題。通過(guò)學(xué)生評(píng)價(jià)和交流，最終才能讓學(xué)生真正領(lǐng)悟科學(xué)的思維方法。如圖4所示是蘇科版8年級(jí)下冊(cè)第9章第二節(jié)《牛頓第一定律》教學(xué)中的一個(gè)片段。

點(diǎn)評(píng)：以上兩種數(shù)據(jù)記錄表格雖然只是水平部分材料順序的顛倒，但是筆者認(rèn)為這個(gè)順序可以間接反映學(xué)生是否真正理解本實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想。本實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想是基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的科學(xué)推理，這里的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就是觀察“阻力越來(lái)越小的情況下，物體運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)”。我們根據(jù)阻力越小，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的路程越遠(yuǎn)，可以推理，阻力為零時(shí)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的路程就無(wú)窮遠(yuǎn)，即物體將做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。所以，表格2中數(shù)據(jù)的記錄順序是不科學(xué)的，這樣記錄數(shù)據(jù)也不利于學(xué)生真正理解牛頓第一定律建立的科學(xué)思想。課堂教學(xué)中教師應(yīng)該組織學(xué)生認(rèn)真討論這兩種表格的區(qū)別，從中培養(yǎng)學(xué)生基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括能力，促使學(xué)生將分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化。

4 研究解題方法，將思路“歸類(lèi)”

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們經(jīng)常碰到一些“動(dòng)態(tài)分析”問(wèn)題，這類(lèi)試題的特點(diǎn)就是變量較多。

例1 如圖5所示，同一牙膏皮，放在甲液體中會(huì)沉底，放在乙液體中則會(huì)浮在液面上，請(qǐng)比較它在兩種液體中所受浮力的大小。

例2 如圖6所示，閉合開(kāi)關(guān)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)如何變化？

分析：以上兩個(gè)例題共同的特點(diǎn)就是分析判斷時(shí)涉及的變量較多。在例1中，學(xué)生如果根據(jù)液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積利用阿基米德原理來(lái)求解就比較困難了，因?yàn)橥ㄟ^(guò)分析可知甲液體的密度較小，而牙膏皮在甲液體中排開(kāi)液體的體積較大，這樣兩者乘積的大小就無(wú)法判斷了。例2中要求判斷電壓表示數(shù)（下轉(zhuǎn)第75頁(yè)）（上接第71頁(yè)）的變化，如果學(xué)生根據(jù)電流和電阻的乘積來(lái)判斷同樣很困難，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器滑片右移時(shí)，滑動(dòng)變阻器的電阻變大，而電路中的電流變小，此時(shí)也無(wú)法利用電阻和電流的乘積來(lái)直接判斷電壓的變化。

不少老師碰到上面的問(wèn)題，往往只是教會(huì)學(xué)生以下解題方法，即例1中抓住浮力與重力的比較得出結(jié)論；例2中抓住電源電壓和定值電阻的阻值不變得出結(jié)論。

以上教學(xué)只是教會(huì)學(xué)生去解題，并沒(méi)有教會(huì)學(xué)生對(duì)這類(lèi)試題的“歸類(lèi)”解法，如果我們認(rèn)真分析這類(lèi)試題的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)信這類(lèi)“多變量”試題一定有“突破口”——“不變量”，以后同學(xué)們碰到這樣的試題，要努力從題干中去尋找有哪些關(guān)鍵的不變量，這些不變量是我們解決這類(lèi)問(wèn)題的“橋梁”。以上兩道看似不相關(guān)的力學(xué)和電學(xué)試題，雖然知識(shí)點(diǎn)不一樣，但是解題的思路和方法是“同類(lèi)”試題。通過(guò)這樣的提煉， 筆者認(rèn)為這樣的教學(xué)才能使學(xué)生真正掌握科學(xué)的解題方法，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳昇，李容.義務(wù)教育教科書(shū)物理（八年級(jí)下冊(cè)）[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

（欄目編輯 鄧 磊）