從高考物理試題看科學思維素養(yǎng)的培養(yǎng)

摘要：高考物理考查的五種能力是物理學科素養(yǎng)的具體表現(xiàn)，其中推理、分析與綜合等思維能力是科學思維素養(yǎng)的核心內(nèi)容.結(jié)合對高考物理試題中科學思維素養(yǎng)考查的分析及教學實踐中的不足，在學習理論的指導下，提出了培養(yǎng)學生科學思維素養(yǎng)的教學策略.

關(guān)鍵詞：科學思維；物理模型；教學策略

作者簡介：譚國武（1976-），男，湖南岳陽人，研究生，中學一級教師，研究方向：高中物理學科教育.

高考物理試題著重考查考生的知識、能力和科學素養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實際，注意物理與科學技術(shù)、社會和經(jīng)濟發(fā)展的聯(lián)系，注意物理知識在生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應(yīng)用，以有利于高等學校選拔新生，并有利于激發(fā)考生學習科學的興趣，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度，形成正確的價值觀，促進三維課程目標的實現(xiàn).高考物理在考查知識的同時，注重考查能力，并把對能力的考查放在首要位置[1].

1從高考物理試題看科學思維素養(yǎng)的考查

高考考查的能力，有對概念與規(guī)律的理解能力、推理能力、分析與綜合能力、應(yīng)用數(shù)學處理物理問題的能力、實驗?zāi)芰?五種能力是物理學科素養(yǎng)的具體表現(xiàn)，其中對概念與規(guī)律的準確深刻理解，是科學思維素養(yǎng)培養(yǎng)的知識基礎(chǔ)，推理、分析與綜合等思維能力，是科學思維素養(yǎng)的核心內(nèi)容.近三年高考全國Ⅰ卷物理試題中科學思維素養(yǎng)的體現(xiàn)見表1所示.

從試題分析來看，解決物理問題需要用到多種不同的思維方法.物理模型建構(gòu)、推理論證、分析綜合的能力與解復雜方程組的能力的形成，還需要思維方法上的訓練，否則難以有效地提升能力.因此，在教學中，既要注重概念與規(guī)律的理解，也要注重思維方法的指導與思維能力的訓練.

2思維能力培養(yǎng)中出現(xiàn)的問題及其原因分析

日常教學中，尤其是高三復習備考，在第一輪復習中，教師一般會按章節(jié)復習知識點，以教輔資料為主安排練習題.從學生學習的角度來看，一般會先跟隨老師復習知識點，然后做練習，第二天聽老師講練習，再復習知識點做練習，如此循環(huán).在二輪復習中，一般按專題復習，學生在老師的帶領(lǐng)下一起歸納總結(jié)專題知識的網(wǎng)絡(luò)，然后做練習講練習.就筆者所觀察與了解到的情況，許多學校的高三物理復習基本上都是這個模式.這個模式看起來中規(guī)中矩，沒什么問題，但總有不少學生表現(xiàn)出思維能力差，解題時思維混亂，速度慢且準確率不高.

前文所述常規(guī)教學模式，灌輸與機械訓練多于學生的自主建構(gòu).思維能力在知識建構(gòu)與問題解決中得到訓練，并服務(wù)于問題解決.而推理、分析與綜合均是有章可循的，尤其是物理問題解決中，方法更是必不可少.沒有經(jīng)過合理設(shè)計的、有方法指導的思維能力訓練，導致學生雖然大量做題，但思維能力提升緩慢.

3科學思維素養(yǎng)培養(yǎng)的教學策略

教學的有效性離不開科學的學習理論為指導.根據(jù)建構(gòu)主義學習理論，學生不能將來自于外部世界的知識遷移到記憶中，只能基于個人的經(jīng)驗和社會互動來建構(gòu)自身的解釋.也就是說，知識是通過學習者主動建構(gòu)得到的，而不是通過灌輸而來.通過灌輸記住的知識，并不能被學生真正理解而靈活運用.根據(jù)奧蘇貝爾的認知同化理論，學習就是學生用已有認知結(jié)構(gòu)中與新知識最有聯(lián)系的舊知識去“同化”新知識的過程，是利用已有知識把新知識與舊知識建立起聯(lián)系的過程.同化的結(jié)果導致原有認知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，新知識獲得了新的意義，也使得原有知識獲得新的意義.認知負荷理論認為，任何形式的教學都會引起三種類型的認知負荷：外在認知負荷（教學設(shè)計引起的）、內(nèi)在認知負荷（材料引起的）與有效認知負荷，而認知資源有限和工作記憶容量有限，要盡量減少外在認知負荷，增加有效認知負荷和內(nèi)在認知負荷可用容量，盡可能使得認知負荷低于工作記憶容量，使學習活動更加易于進行.

31策略之一：以物理模型為核心的研究性學習

思維能力在知識建構(gòu)與問題解決中得以形成與提升.高中物理知識從內(nèi)容來看，可以歸類為多種物理模型，包括對象模型、狀態(tài)模型、過程模型、問題模型等.而且構(gòu)建物理模型是物理問題解決中常見的科學思維形式.科學思維素養(yǎng)培養(yǎng)的策略之一，就是以各個物理模型為核心，進行由簡到繁、循序漸進的、支架式的研究性學習.教師提供的支架，可以以問題的形式出現(xiàn)，為學生研究性學習指明方向，降低學習的難度.在研究性學習的過程中，要特別注意理清問題的因果關(guān)系.如果將物理模型比作生物的骨架，那么與模型相關(guān)的各種典型運用就是血肉，概念、規(guī)律就是神經(jīng)系統(tǒng)，由簡入繁的研究性學習過程，就是生長的過程.以物理模型為核心的研究性學習，是一種自主建構(gòu)，是舊的認知結(jié)構(gòu)向新的認知結(jié)構(gòu)進化的過程.

下面以勻加速直線運動為例，進行以物理模型為核心的研究性學習方案設(shè)計（見表2）.

32策略之二：推理論證方法的專題訓練

對物理解題中推理論證的方法常用的有函數(shù)法、排除法、假設(shè)法（包含特殊值代入、極端法、估算法等）、類比法（包含對比）、等量關(guān)系法、因果關(guān)系法等.推理論證的方法專題訓練，可以采用樣例學習的方式，給學生提供包含詳細分析過程的學習樣例，并且提供問題支架，讓學生通過樣例學習與回答支架問題，領(lǐng)會推理方法.再通過一定數(shù)量的練習，掌握推理方法.

33策略之三：物理問題解決方法的專題訓練

問題解決的過程，是一個從問題初始狀態(tài)，經(jīng)過推理、分析、綜合等一系列思維操作，達到問題得到解決的目標狀態(tài)的過程.物理問題解決的第一步，從物理情境中確定研究對象，構(gòu)建物理模型，明確已知條件；第二步，從對象的初始狀態(tài)與已知條件出發(fā)，依據(jù)物理規(guī)律分析狀態(tài)變化的過程；第三步，根據(jù)要解決的問題尋找未知信息與已知條件之間的關(guān)系，綜合運用這些關(guān)系求解.問題解決方法訓練的教學，可以使用樣例學習，并且以自我提問與自我解釋的方式來增加問題解決的正確性.

34策略之四：注重拓展型作業(yè)的應(yīng)用

要注重物理知識應(yīng)用于實際生活，注重拓展型作業(yè)的應(yīng)用，包括探究實驗、科技小制作、觀察、調(diào)查、體驗、討論或辯論、自編習題、主題寫作等形式.拓展型作業(yè)不僅能有效培養(yǎng)學生科學思維的能力，能檢驗知識理解的準確性，還能培養(yǎng)學生科學探究的能力與良好的科學態(tài)度與責任感，以及激發(fā)學生的學習興趣.

參考文獻：

[1]教育部考試中心 2018年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2018.