科學思維在高中物理教學中的應(yīng)用

魏樟隆

摘 要：在高中教育教學水平不斷提升，教育環(huán)境與教育資源儲備愈發(fā)完善的形勢下，高中物理教學呈現(xiàn)新的發(fā)展態(tài)勢，即其在原有的知識教學基礎(chǔ)上，以學科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，進一步提升學生物理學習水平，而科學思維作為物理學科核心素養(yǎng)中的主體內(nèi)容，其在實際教學中的培養(yǎng)尤為關(guān)鍵。本文以此為背景，探究科學思維基本內(nèi)容及其教學瓶頸，探索其在高中物理教學中的教學途徑。

關(guān)鍵詞：高中物理;科學思維;教學探究

引言：在新課程逐步推進落實的情況下，高中物理教學更側(cè)重引導(dǎo)學生深入學習理解課程知識內(nèi)容，并在課程學習過程中不斷強化自身物理核心素養(yǎng)，真正將課程知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自身認知理解內(nèi)容?？茖W思維作為與物理觀念、科學探究、科學態(tài)度與責任并重的核心素養(yǎng)內(nèi)容，在目前高中物理教學中具備一定研究價值。

一、科學思維在高中物理教學中的價值

基于高中物理教學的科學思維，主要是指應(yīng)用物理思維分析事物本質(zhì)屬性以及內(nèi)在規(guī)律的思維認知方式，以及構(gòu)建應(yīng)用物理模型完成具象化事物與抽象物理知識概念轉(zhuǎn)化的重要思考過程，同時需要學生從自身認知結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對不同結(jié)論或觀點提出質(zhì)疑，并結(jié)合自身所學內(nèi)容與已經(jīng)掌握的事實依據(jù)進行推理論證。因此，在倡導(dǎo)學生全面發(fā)展，深化轉(zhuǎn)化課程知識的形勢下，科學思維的合理應(yīng)用不僅可綜合鍛煉學生科學推理、模型構(gòu)建及應(yīng)用、推理論證等能力，還可以有效培養(yǎng)其質(zhì)疑批判與創(chuàng)新精神，深化物理教學意義。

二、科學思維教學培養(yǎng)瓶頸

（一）全面性不足

受自身物理學習基礎(chǔ)與思維能力影響，學生在高中物理學習過程中呈現(xiàn)出比較明顯的個體差異性，并且該差異性對科學思維教學滲透工作有直接影響。為照顧班級主要學習群體，在實際教學中，科學思維培養(yǎng)工作側(cè)重以該群體的思維能力與學習進度為主，使得科學思維培養(yǎng)工作不能全面落實到各層級的學生群體當中，削弱了教學工作的全面性，受此影響，學生在實際學習過程中難以借助適用于自身實際情況的科學思維培養(yǎng)并強化自身核心素養(yǎng)。

（二）教學形式單一

受傳統(tǒng)物理教學觀念以及影視教育影響，部分教學活動仍完全沿用以往的教學框架，這不僅容易令學生出現(xiàn)思維僵化的情況，與科學思維教學目標不符，也不利于教師激發(fā)學生物理學習探究興趣，維持其思維活躍性，使得科學思維培養(yǎng)工作在長期教學中難以得到保證。

三、基于高中物理教學的科學思維培養(yǎng)途徑

（一）借助信息技術(shù)構(gòu)建物理情境

受自身學習基礎(chǔ)與思維能力影響，學生在高中物理學習中需要借助情境幫助其構(gòu)建原有認知結(jié)構(gòu)與新課時知識的聯(lián)系，進而逐步利用原有的知識儲備分析新的事物屬性或內(nèi)在規(guī)律，以此強化自身科學思維能力。為此，教師可利用信息技術(shù)自身的豐富性與全面性，靈活構(gòu)建情境內(nèi)容，促使學生延伸科學思維[1]。例如，在《平衡條件的應(yīng)用》的課時教學中，教師可借助多媒體或者微視頻，向?qū)W生展示生活中的平衡現(xiàn)象，如滑板在坡面上不同階段的運動情況（在最高點處的平衡、在最低點的平衡、滑出坡面的平衡等）令學生通過直觀觀察情境內(nèi)容，分析滑板運動在上述節(jié)點的平衡情況，教師此時可提供問題情境“能否嘗試對上述平衡類型進行分類？”進而將具象化的運動過程抽象化，從平衡狀態(tài)與平衡探究入手，逐步理解不穩(wěn)定平衡、穩(wěn)定平衡、隨遇平衡的平衡類型。最后，教師可借助信息技術(shù)進一步演示各類滑板運動平衡狀態(tài)下的受力情況，要求學生自主構(gòu)建力的分析模型，深入分析力的平衡這一概念及其具體應(yīng)用，應(yīng)用科學思維分析處理問題。相較于單一的問答式教學引導(dǎo)，豐富的情境內(nèi)容更有利于學生從生活角度、實物角度、科學研究角度等分析課時知識，及時延伸并應(yīng)用科學思維，轉(zhuǎn)化具象化事物與抽象物理知識概念，逐步建立正確的運動平衡與靜止平衡觀念，綜合強化自身核心素養(yǎng)。

（二）合理設(shè)置問題梯度

在物理教學中，引導(dǎo)學生在對應(yīng)學習節(jié)點產(chǎn)生認知障礙，進而令其在求知欲與認知沖突驅(qū)動下，主動延伸思維的問題設(shè)置，是有效強化學生科學思維的重要途徑。為此，教師應(yīng)合理設(shè)置問題梯度，遵循循序漸進的教育理念，引導(dǎo)學生在逐步思考問題的過程中強化核心素養(yǎng)[2]。例如，在《萬有引力定律及引力常量的測定》的課時教學中，為幫助學生了解開普勒三定律，掌握萬有引力定律及其公式應(yīng)用，教師可先行提供基礎(chǔ)導(dǎo)入問題“從嫦娥奔月到阿波羅飛船登月的發(fā)展過程中，人類掌握了什么‘鑰匙’才能令飛船繞地球運行？”“運動行星在同一軌道上越接近太陽越快，為什么其并未出現(xiàn)圓周運動中，運動速度增加而向心力不變引發(fā)的離心現(xiàn)象？”“引力常數(shù)可能與哪些因素有關(guān)？”令學生借助教材與導(dǎo)學案等資源，嘗試通過自主思考，從行星運動過程中的基本屬性與內(nèi)部規(guī)律出發(fā)，思考萬有引力的體現(xiàn)及其規(guī)律，進而在教師的引導(dǎo)下嘗試構(gòu)建基礎(chǔ)行星運動模型，并在此基礎(chǔ)上分析開普勒三定律內(nèi)容，并結(jié)合自身對課程知識的理解，對萬有引力定律進行具體的猜想，鼓勵其通過自主思考進行推理，并對萬有引力對行星運動的影響進行提問，進而引導(dǎo)其從萬有引力定律驗證測算角度出發(fā)，提供實驗探究問題如“在明確萬有引力定律的基礎(chǔ)上，針對其常量應(yīng)如何測算？”便于其向?qū)嶒炋骄績?nèi)容延伸到科學思維。同時，教師也應(yīng)注意到，學生的能力水平并非一成不變，因此應(yīng)靈活更新問題設(shè)定標準與內(nèi)容，維護問題教學引導(dǎo)的實際效用。

（三）改變課堂教學問答機制

傳統(tǒng)高中物理教學中，由教師占據(jù)絕對主導(dǎo)地位的單向問答機制，已經(jīng)不適用于當下的高中物理課堂。為此，教師應(yīng)側(cè)重從學生認知發(fā)展規(guī)律出發(fā)，完善問題傳導(dǎo)機制，凸顯其課程學習主體地位[3]。例如，在《熱力學第一定律》的課時教學當中，教師可借助微課視頻等信息資源，令學生預(yù)先學習熱力學第一定律的內(nèi)容與表達式，明確能量守恒定律的內(nèi)容，并理解第一類永動機不可能制成的原因，進而以小組為單位，整理出完善的物理規(guī)律探索框架，并應(yīng)用科學思維分析課時知識重難點，并設(shè)計相應(yīng)探究問題，在課堂上進行講解展示。例如學生在自主學習過程中，從微課視頻展示的系統(tǒng)能量變化出發(fā)，對不同系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生疑問，進而通過自主收集案例資料，構(gòu)建問題“在手表市場中存在一種‘全自動’機械手表，其不需要借助發(fā)條或者電源就能正常工作，這種手表是永動機嗎？如果不是，其維持指針走動的能量從何而來？”以此令教師與其他小組進行分析回答與提問，令師生通過互動，共同努力剖析問題中的系統(tǒng)中的能量變化，進而得出其維持指針運動的能量是由手擺動對其內(nèi)部轉(zhuǎn)輪做功而儲存的，因此其不是永動機，以此構(gòu)建以學生為主導(dǎo)的雙向問題傳導(dǎo)機制。相較于以往的問題教學機制，該機制能夠促使學生轉(zhuǎn)化思維視角，以新的思維視角審視熱力第一定律本質(zhì)屬性與內(nèi)在規(guī)律，在深入思考問題的同時，也能借助問題提出與問題反饋的過程，強化自身科學思維。

（四）重視分層教學模式

基于學生學習差異性，教師應(yīng)將科學思維培養(yǎng)工作與分層教學模式相結(jié)合，旨在為各學習層級的學生提供同等的思維發(fā)展空間，以此提升科學思維教學培養(yǎng)工作的全面性。為此，教師應(yīng)從學生以往學習表現(xiàn)與測驗成績出發(fā)，將學生劃分為不同的培養(yǎng)層級，并針對不同層級提供相應(yīng)的科學思維培養(yǎng)內(nèi)容[4]。例如，在《萬有引力定律的應(yīng)用》的課時教學中，針對基礎(chǔ)思維培養(yǎng)層級，教師應(yīng)側(cè)重令其在原有的萬有引力定律認知基礎(chǔ)上，將基本的近地衛(wèi)星或同步衛(wèi)星的圓周運動抽象化為基本物理模型，進而通過構(gòu)建應(yīng)用圓周運動模型計算近地衛(wèi)星或同步衛(wèi)星的圓周運動過程中的相關(guān)物理量，教師具體可為其提供基礎(chǔ)物理量信息，以及相應(yīng)物理運動動畫演示內(nèi)容，幫助其完成模型構(gòu)建與抽象轉(zhuǎn)化，并在應(yīng)用模型求解具體物理量的過程中，提升自身科學思維能力。而針對高階思維培養(yǎng)層級，教師可側(cè)重從科學推理論證培養(yǎng)工作出發(fā)，為其提供辨析性問題，如“我國第二顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星順利進入預(yù)定軌道，該北斗導(dǎo)航衛(wèi)星屬于地球同步衛(wèi)星，那么該衛(wèi)星一定位于赤道的上空，并且線速度大于為900m/s”，令該層級學生的從綜合問題設(shè)定出發(fā)，應(yīng)用課時知識該衛(wèi)星運動過程進行論證，從該衛(wèi)星是同步衛(wèi)星這一條件出發(fā)，應(yīng)用逆向思維進行推理論證，即若該衛(wèi)星不在赤道所在平面的任意位置，其受到的地球引力的平面與自身運動軌道所處的平面不同，不可能實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)，因此其位于赤道上空是正確的，進而將該衛(wèi)星運過程轉(zhuǎn)化為萬有引力提供向心力的運動模型，列式計算第一宇宙速度，借助該衛(wèi)星運動軌道半徑應(yīng)要大于近地衛(wèi)星的軌道半徑的事實依據(jù)，推理出該衛(wèi)星運動的線速度應(yīng)小于第一宇宙速度。

（五）提升自主實驗探究比重

實驗探究作為教師幫助學生完成物理模型與具象化物理過程思考轉(zhuǎn)化的重要教學手段，其在科學思維培養(yǎng)中尤為關(guān)鍵。因此，教師借助微課等信息資源，提升自主實驗探究活動比重?；谖⒄n視頻自身的精簡性與直觀性，教師可令學生在一定教學指導(dǎo)下先行明確課時實驗內(nèi)容的各注意事項，便于其掌握實驗探究目標與各類實驗器具設(shè)備使用規(guī)范的情況下，自主開展實驗探究活動[5]。例如，在《摩擦力》的課時教學中，教師可先行借助微課演示滑動摩擦力的產(chǎn)生過程，令學生明確其存在形式，進而利用微課演示彈簧測力計等實驗設(shè)備的應(yīng)用規(guī)范，令學生掌握必備的實驗知識，進而令其以小組為單位，針對教師提供的實驗探究辨析結(jié)論，如“滑動摩擦力的大小與壓力無關(guān)”“滑動摩擦力方向與相對運動方向相同”等，教師此時應(yīng)發(fā)揮自身引導(dǎo)作用，令學生在微課視頻引導(dǎo)下從多角度分析滑動摩擦力實驗內(nèi)容，并為其提供彈簧測力計、鉤碼、滑塊等材料設(shè)備，引導(dǎo)對實驗進行猜想與設(shè)計，并對其實驗過程與實驗方法提出質(zhì)疑，嘗試進行優(yōu)化創(chuàng)新，從自身物理認知角度與實驗探究認知角度出發(fā)，自主設(shè)計完整的摩擦力實驗探究方案并進行驗證，便于其在實驗學習中構(gòu)建物理模型，并從不同角度思考滑動摩擦力生成過程，深入分析實驗過程，對彈簧測力計應(yīng)先行凋零，細線應(yīng)平行于木板等實驗事項有更深刻的理解。

結(jié)束語

基于高中教育教學發(fā)展趨勢對高中物理教學的影響，為構(gòu)建能夠滿足學生實際學習需求的物理課堂，教師應(yīng)重視科學思維在高中物理學習中的作用，進而結(jié)合學生實際認知水平與課程教學目標，綜合優(yōu)化教學機制，豐富各類教學元素，以此為學生提供多元化與現(xiàn)代化學習發(fā)展環(huán)境，便于其在多重教學影響下強化自身科學思維能力，為整體課程學習奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

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