基于學生科學思維培養(yǎng)的高中物理高效課堂建構

劉湘衡

摘要：物理是眾多科學學科的基礎，在高中階段，物理也是理科教學的一個重要組成部分。在高中物理學科教學中，如何讓學生意識到自身所學習的知識內容與科技發(fā)展之間的關系，如何讓學生學會運用物理知識理解和探究生活中的物理現象，一直是物理教學研究的重點。文章以物理教學實例為基礎，從培養(yǎng)學生的求證思維、邏輯思維、證偽思維及具體教學方法出發(fā)，探討高中物理教學中培養(yǎng)學生科學思維的路徑，構建高效的物理課堂。

關鍵詞：高中物理;科學思維;高效課堂;物理實驗;教學方法

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0568（2019）05-0018-02

在教學內容不斷革新的背景下，學生理解內容的難度也隨之加大。在物理學科方面，越深入的知識離日常生活越遙遠，而高中學生并不能很好地理解此類知識，往往會在難度加大后因理解困難而感到枯燥無聊。所以，需要以科學思維的視角去引導學生理解高中物理知識，了解物理知識的作用與意義。

一、科學思維在物理學中的體現

1.求證思維。物理學是現代科學的基礎，是一門科學的學科，但在分析和研究的過程中，仍然要對物理學科的科學性做深入拆分，讓教學更具有科學性，激發(fā)學生學習物理學的興趣?；诖?，教師在教學過程中首先要在物理學科中發(fā)現科學思維，即求證思維。求證思維是一體兩面的，它一方面包含猜想過程，另一方面包含證明過程，展現出作為科學學科的物理學所具有的包容性和準確性。從求證思維角度可以看出，物理學并不是非此即彼的偏執(zhí)論斷，而是根據每一個求證步驟而逐步實現自身證明的論斷。

以物理學歷史上著名的“薛定諤的貓”為例，薛定諤設置了一個機關，讓貓待在完全密閉的空間，而外部人員通過操縱兩個不同的按鈕，為貓放入毒氣或氧氣。薛定諤通過這一裝置展現了這樣一種事實：當我們想求證貓的確定狀態(tài)時，必須要打開箱子才能夠確認它的生或死，然而在還沒有打開箱子的情況下，我們只能認為它處于一種半生半死的狀態(tài)，而這種狀態(tài)也是科學求證中必須要經歷的一個步驟，它體現了物理學求證思維的嚴謹性和科學性。

2.邏輯思維。邏輯思維在任何一個學科的學習過程中都十分重要，它不僅是學生在學習過程中需要運用到的一種思維方式，更是學生在今后生活中常會使用的一種思維模式。邏輯思維的本質在于通過把握事物的運動規(guī)律和變化方式來把握事物與事物之間、現象與現象之間的關系。物理學研究的是客觀世界中的一切物質，這與邏輯思維的思維本質高度契合，可以說物理學本身就是在擁抱邏輯。

邏輯思維對物理學很重要，是因為作為科學的物理學必須要經得住邏輯推理的檢驗，最終能夠完成邏輯自洽，證明自身合理性。物理學研究的客觀世界是十分豐富且復雜的，在客觀世界中不同的原因可以導致同一結果，同一種物質在不同的條件下也可能會產生不同現象。如果沒有嚴密的邏輯做支撐，那么物理學看待客觀世界的視角就會變得十分模糊，學生也就無法把握物理學學科知識。因此，邏輯思維對于培養(yǎng)學生的科學思維十分重要，對物理學科的教學來說也是十分重要的。

3.證偽思維。證偽思維是一種科學的思維方式和研究方法，物理學知識不但要能夠被證明，同時還要能夠被證偽，這對于高中學生來說可能較難理解，但可被證偽是科學知識的一個必要條件。例如，牛頓以其天才般的想象力推斷出牛頓三定律，奠定了經典物理學的基本構架，直到今天，在宏觀層面上，仍然可以應用牛頓的經典力學。從這個層面上講，牛頓猜想是可被證實的。然而，愛因斯坦在20世紀提出了自己的猜想，認為在微觀層面上，時間和空間是可以被扭曲的，基本的物理學定律是可以被顛覆的，在此前提下，牛頓經典三定律不再起作用，牛頓的經典理論被證偽。一種科學的論斷必須要經歷這樣的過程，從猜想到證實，從證實到發(fā)展，再從發(fā)展到被證偽。所謂被證偽并不是說這種知識和認知是完全錯誤的，而是指人們的認知已經擴大維度，在新的維度中，原來的認知不再起作用，這是科學知識的本質，同時也昭示著科學知識的邊界是無限的。學生擁有這種證偽思維，才能不斷去挑戰(zhàn)自身極限，探索未知的領域，真正感受到學習知識的樂趣。

二、以科學思維構建高效高中物理課堂的策略

1.以實驗引導學生培養(yǎng)求證思維。從上文論述可知，求證思維對于物理學科十分重要，在教學中，求證思維更多體現在猜想推論及實驗證明兩方面。所有的教學內容實際上已經在物理學界被證實了，而教學的主要任務是讓學生理解和接受學界的證實過程，并且將相關的知識記憶運用起來。既然要培養(yǎng)學生的科學思維，就必須讓學生學會質疑與求證，學會自主探究，積極參與實驗就是一個十分重要的手段。

例如，在介紹胡克定律時，需要用實驗向學生展示知識的運用場景。在傳統(tǒng)教學中，常常是教師展示實驗，學生進行記錄，這易讓學生感覺枯燥，也缺少親身參與的機會。因此，應為學生搭建一個實驗求證場景，讓他們自主探究“彈簧的長度與彈力之間”的關系。如此，學生將會對相關知識的記憶更加清晰深刻，同時也更了解其中的知識原理，更好地掌握知識內容。

2.以課堂延伸培養(yǎng)學生邏輯思維。學生學會以實驗方式對知識進行求證之后，還需要將知識與知識、知識與現象聯系起來。學生不能僅了解口頭上的物理知識和物理定律，也要能夠理解知識與知識之間的聯系，能夠建構完整的知識體系并發(fā)展完善，將自身所擁有的知識與更廣闊的知識內容以及生活場景聯系起來。

例如，上文提及的胡克定律與彈力相關，彈力是力學諸多內容中的一個部分，力學還包括了重力、摩擦力等。學生可以在學習后將一種知識的求證方式和運用場景應用于更多的知識內容學習中。通過對知識之間的把握聯系，學生能夠更好地去勾畫自身的知識圖譜，以現有知識判斷新的猜想和論斷是否具有合理性，這也是學生更好地運用知識的一種途徑。

3.通過證偽完善學生的科學思維。在基礎的知識學習結束后，要讓學生學會將已有知識進行證偽。證偽是一項能力，也是最終形成科學思維的一個重要步驟。從上文論述可知，任何科學知識在科學體系的范圍之內都具有可證偽性，學生只有通過自己的推論和猜想將一項知識內容進行證偽，才是真正學會了運用物理知識。

例如，浮力是力學中比較基礎的部分，完成了力學教學后，可以要求學生構想一種情境，讓浮力的相關定理在其中失效，即被證偽。這要求學生對浮力的相關定理和知識內容有深入的理解，才能構建一個浮力失效的情境。比如當物質密度完全均一或當引力不存在，浮力的相關參數就無法展現出來。在創(chuàng)設證偽情境的過程中，學生完成了一次對浮力知識的回顧，同時也展現了知識的運用能力，最重要的是學生可以真正理解科學的可證偽性，這對科學思維的培養(yǎng)意義重大。

在當前的高中物理教學中，必須要讓學生擁有通過自身實踐去證明相關猜想的能力，在證明猜想的過程中還要擁有邏輯思維能力，要具有證偽精神，能對知識推陳出新，形成完整的科學思維體系。