基于科學(xué)思維培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)研究

文∣孫國標(biāo) 楊麗芬

一、概念厘定

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個維度?？茖W(xué)思維是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方法；是基于經(jīng)驗事實構(gòu)建理想模型的抽象概括過程；是分析綜合和科學(xué)推理等方法的內(nèi)化；是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(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)。科學(xué)思維主要包括模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新。

所謂深度學(xué)習(xí)，就是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義學(xué)習(xí)過程。在這個過程中，學(xué)生掌握學(xué)科的核心知識，理解學(xué)習(xí)的過程，把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)、高級的社會情感、積極的態(tài)度、正確的價值觀，成為既具獨立性、批判性、創(chuàng)造性又有合作精神、基礎(chǔ)扎實的優(yōu)秀學(xué)習(xí)者，成為未來社會歷史實踐的主人。

二、案例研究

下面就從一道賽題的剖析談科學(xué)思維培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)。

【題目】(第30屆全國中學(xué)生物理競賽預(yù)賽第17題)如圖1所示，以質(zhì)量為m、半徑為R的由絕緣材料制成的薄球殼，均勻帶正電，電荷量為Q，球殼下面有與球殼固連的底座，底座靜止在光滑的水平面上。球殼內(nèi)部有一勁度系數(shù)為η的輕彈簧(質(zhì)量不計)，彈簧始終處于水平位置，其一端與球殼內(nèi)壁固連，另一端恰好位于球心處，球殼上開有一個小孔C，小孔位于過球心的水平線上。在此水平線上離球殼很遠(yuǎn)的O處有一質(zhì)量也為m、電荷量也為Q的帶正電的點電荷P，它以足夠大的初速度v0沿水平的OC方向開始運動。并知P能通過小孔C進(jìn)入球殼內(nèi)，不考慮重力和底座的影響，已知靜電力常量為k，求P剛進(jìn)入C孔到出來所經(jīng)歷的時間。

圖1

(一)模型構(gòu)建的深度學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

物理模型是人們對物理研究對象及其過程的抽象概括，是認(rèn)識物理問題所形成的心理圖式的外在表達(dá)。模型構(gòu)建是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑。依據(jù)研究問題的性質(zhì)，物理模型可分為對象模型、過程模型和條件模型。

筆者認(rèn)為從物理情境到模型構(gòu)建的思維培養(yǎng)過程可以用圖2來表示，以賽題為例剖析說明。

圖2

1.對象模型

對象模型是根據(jù)研究的對象，抓住主要、本質(zhì)因素，將物質(zhì)自身形態(tài)理想化，從而建立起能夠反映研究對象主要特征的模型。根據(jù)題中描述，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建對象模型，具體見表1。

表1 對象模型

2.條件模型

條件模型是對實際問題的某些條件理想化、抽象后形成的，作用是使問題得以簡化。根據(jù)題中描述，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建條件模型，具體見表2。

表2 條件模型

3.過程模型

例如：在學(xué)習(xí)《爸爸的花兒落了》一課時，文章采用了插敘以及伏筆等方面的寫作方法和技巧。教師在教授完課程內(nèi)容后，適時布置寫作方面的作業(yè)。讓學(xué)生運用學(xué)過的寫作技巧創(chuàng)作一篇《父愛如山》的文章。使其將學(xué)習(xí)到的技能運用到寫作中，加強和穩(wěn)固語文基礎(chǔ)，實現(xiàn)閱讀教學(xué)的積極開展。

過程模型是在對象模型和條件模型建立的基礎(chǔ)上，結(jié)合物理規(guī)律揭示事物運動、變化的本質(zhì)。根據(jù)題中描述，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建過程模型，具體見表3。

表3 過程模型

(二)科學(xué)推理的深度學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)推理是一種能從定性和定量兩個方面進(jìn)行推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論，具有使用科學(xué)證據(jù)的意識和評估科學(xué)證據(jù)的能力。從邏輯的角度分析，科學(xué)推理可分為歸納推理、演繹推理和類比推理。

歸納推理是由特殊、個別的判斷推出一般、普遍判斷的思維方式；演繹推理是由一般、普遍的判斷推出特殊、個別判斷的思維方式；類比推理是從某個特殊、個別判斷推出特殊、個別結(jié)論的一種思維方式。

模型求解主要靠科學(xué)推理，筆者認(rèn)為科學(xué)推理中思維培養(yǎng)過程可以用圖3表示，下面就以賽題為例剖析說明,教學(xué)設(shè)計是基于已有認(rèn)知基礎(chǔ)，問題導(dǎo)引，任務(wù)驅(qū)動，啟發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，具體見表4。

圖3

表4 科學(xué)推理能力的培養(yǎng)

(三)質(zhì)疑創(chuàng)新的深度化學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

質(zhì)疑創(chuàng)新是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。

在物理教學(xué)中，提倡教師方法創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、善于反思、樂于創(chuàng)新，在深度學(xué)習(xí)中形成科學(xué)的思維能力。

筆者認(rèn)為方法創(chuàng)新的教學(xué)可以按圖4進(jìn)行。

圖4

對原有方法進(jìn)行評價討論，歸納求解的一般策略，同時評價原有方法的優(yōu)缺點，通過合作交流、優(yōu)化提煉、思維碰撞，構(gòu)建新的方法與策略，優(yōu)化問題解決的途徑。

以賽題為例剖析說明，具體見表5。

表5 質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

2.師生互評，發(fā)散思維，歸納方法，形成系列問題求解策略

讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法比知識更為重要。在平時的教學(xué)中，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生從不同側(cè)面、多個角度思考分析問題，嘗試一題多解，質(zhì)疑創(chuàng)新，從而提升學(xué)生的思維品質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

學(xué)生在深度討論分析中，探討出了另外的求解策略。

圖6

【解法4】還可以用“折合質(zhì)量法”求解。

圖7

通過歸納分析可得“兩物體問題”求解的四種方法，從質(zhì)疑到創(chuàng)新，從個性到共性，從方法到能力提升，培養(yǎng)了學(xué)生能從多個角度審視檢驗結(jié)論，解決問題具有一定的新穎性，達(dá)到了科學(xué)思維水平的第5個層次。

三、結(jié)束語

科學(xué)思維的培養(yǎng)要依靠學(xué)習(xí)材料的呈現(xiàn)方式， 也取決于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知加工過程。 教學(xué)方式的變革和學(xué)習(xí)策略的改進(jìn)是培養(yǎng)科學(xué)思維的兩個重要途徑。在教學(xué)中，教師注重關(guān)注學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，分析思維障礙，通過設(shè)問、導(dǎo)思、質(zhì)疑等方式幫助學(xué)生建立正確的物理模型，掌握科學(xué)的推理方法，發(fā)散思維，質(zhì)疑創(chuàng)新，著實提升學(xué)生分析問題的科學(xué)思維能力。在學(xué)習(xí)策略中，提倡一題多解、多題一解，創(chuàng)導(dǎo)學(xué)生敢于質(zhì)疑，勇于表達(dá)自己的觀點，使科學(xué)思維在對話中生成，在交流中重組，在共享中倍增。