基于科學(xué)思維培養(yǎng)的高中物理教學(xué)策略研究

文/吳素香

引 言

作為一門(mén)重思維、重實(shí)踐的課程，物理同社會(huì)大眾的生活實(shí)際之間具有非常緊密的聯(lián)系。尤其是進(jìn)入高中階段的物理課程學(xué)習(xí)后，物理知識(shí)不僅在“數(shù)量”上有了極大提升的變化趨勢(shì)，在“質(zhì)量”方面也有了大幅度升級(jí)，抽象性、創(chuàng)新性等學(xué)科知識(shí)及類(lèi)型題大大增加。此時(shí)，教師如果繼續(xù)遵從傳統(tǒng)的授課方式，忽視對(duì)學(xué)生思維能力及核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，就無(wú)法從根本上提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)“真教”這一教學(xué)目標(biāo)。對(duì)此，教師應(yīng)以核心素養(yǎng)培養(yǎng)為指導(dǎo)，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的專(zhuān)項(xiàng)培養(yǎng)，助力物理高效課堂順利構(gòu)建。

一、科學(xué)思維概述

科學(xué)思維是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》下高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的基本指標(biāo)之一，也是確保物理學(xué)科教學(xué)向高質(zhì)量發(fā)展不可或缺的條件之一。所謂的科學(xué)思維，是指學(xué)生通過(guò)參與物理學(xué)科的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)逐步形成立足物理學(xué)科視角對(duì)所遇到的客觀事物進(jìn)行認(rèn)知的能力。科學(xué)思維屬于一種高階思維方式，需要學(xué)生充分調(diào)用自己過(guò)往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)歷等，通過(guò)抽象分析、推理論證和概括總結(jié)來(lái)構(gòu)建理想模型的一種思維方式。而學(xué)科思想方法同樣可以劃歸到科學(xué)思維這一范疇中，涵蓋了質(zhì)疑、創(chuàng)新、論證、推理等思維活動(dòng)要素，是助力學(xué)生高階思維能力發(fā)展不可或缺的思維品質(zhì)或能力。

二、高中物理教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維的重要性

思維在整個(gè)物理課程學(xué)習(xí)中占有重要的地位。無(wú)論認(rèn)識(shí)、理解物理課程知識(shí)以及求解物理問(wèn)題，還是對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的各種物理現(xiàn)象進(jìn)行解釋等，都涉及科學(xué)思維的運(yùn)用。學(xué)生離開(kāi)了科學(xué)思維的支持，就無(wú)法深刻理解物理知識(shí)的內(nèi)涵，更無(wú)法有效促進(jìn)自身創(chuàng)造力、推理論證等關(guān)鍵能力的發(fā)展，最終會(huì)影響對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。教師如果結(jié)合物理教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，有目的地設(shè)計(jì)一些有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)活動(dòng)，就可以有效解決當(dāng)下高中物理灌輸式教學(xué)模式應(yīng)用中存在的問(wèn)題，有效激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣，降低他們理解物理知識(shí)的難度，提高他們的物理問(wèn)題分析及求解能力。此外，基于科學(xué)思維的培養(yǎng)，教師可以從根本上促進(jìn)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)力提升，逐步培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)自信心，提升學(xué)生自學(xué)能力和探究能力等物理綜合素質(zhì)，最終在助力學(xué)生發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)的同時(shí)，使物理課堂教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展。

三、高中物理教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維的具體策略

（一）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度，夯實(shí)科學(xué)思維培養(yǎng)基礎(chǔ)

科學(xué)態(tài)度是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的基礎(chǔ)，是一種在求知過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真或者刻苦等良好的品質(zhì)[1]。學(xué)生只有具備科學(xué)態(tài)度，才能夠更好地促進(jìn)自身科學(xué)思維的發(fā)展。物理學(xué)科本身包含著豐富的科學(xué)知識(shí)。為了更好地學(xué)習(xí)及理解物理學(xué)科知識(shí)，學(xué)生要秉承嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，主動(dòng)積極地參與到各種各樣的物理探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中，積極思考，深度學(xué)習(xí)。教師在物理教學(xué)過(guò)程中要注意有計(jì)劃地指導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)態(tài)度，使他們正確理解及明確物理學(xué)科的本質(zhì)屬性及內(nèi)涵等。這就需要教師在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)全面融入科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)理念，夯實(shí)學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)基礎(chǔ)。

具體來(lái)說(shuō)，教師可以在物理新知導(dǎo)入環(huán)節(jié)或者實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)等有效地融入科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)理念，使學(xué)生意識(shí)到知識(shí)的探尋過(guò)程或者實(shí)驗(yàn)操作等都要貫徹嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、科學(xué)的態(tài)度，否則會(huì)對(duì)最終學(xué)習(xí)或?qū)嶒?yàn)成果帶來(lái)負(fù)面影響。例如，在教學(xué)“自由落地運(yùn)動(dòng)”內(nèi)容時(shí)，教師可以結(jié)合伽利略探索“自由落地運(yùn)動(dòng)”的相關(guān)故事及事跡，使學(xué)生清楚地了解伽利略在探索科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所做出的各種各樣的努力，以及其身上所展現(xiàn)出來(lái)的嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、認(rèn)真乃至堅(jiān)持不懈等良好的品質(zhì)與態(tài)度。這些拓展性知識(shí)在課堂教學(xué)中的融入，不僅可以對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，增強(qiáng)教學(xué)趣味性，還可以借助故事講述使學(xué)生感受到這些偉大物理學(xué)家身上所秉承的良好科學(xué)態(tài)度，這些都可以助力他們科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。此外，教師還要注意充分強(qiáng)化自身的“身教”作用，即在備課、教研或者課堂教學(xué)過(guò)程中始終注意規(guī)范自己的言行舉止，尤其要注意向?qū)W生傳授嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)及認(rèn)真等思想，這對(duì)他們科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成有積極意義。例如，教師在課堂上為學(xué)生演示各種物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意對(duì)自己的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作流程進(jìn)行規(guī)范，并告訴學(xué)生不規(guī)范操作可能會(huì)帶來(lái)的危險(xiǎn)或不利影響，助力學(xué)生科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。

（二）有效開(kāi)展情境教學(xué)，引發(fā)科學(xué)思維認(rèn)知沖突

基于建構(gòu)主義可知，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中對(duì)物理概念、性質(zhì)乃至規(guī)律等的認(rèn)知及理解都是建立在他們已有學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以及結(jié)合同伴或教師的輔助來(lái)進(jìn)行主動(dòng)構(gòu)建的。而科學(xué)思維的培養(yǎng)必須立足引發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的認(rèn)知沖突，讓他們有所思、有所想，這樣才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維培養(yǎng)目標(biāo)。而情境創(chuàng)設(shè)是引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的有效手段，具體就是教師要結(jié)合學(xué)生自身年齡及學(xué)習(xí)特征、物理知識(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)等實(shí)際情況，科學(xué)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生活化、媒體化等類(lèi)型的情境，促使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中積極投入內(nèi)在情感，引發(fā)自己的認(rèn)知沖突，在主動(dòng)構(gòu)建物理分析模型或者求解問(wèn)題的過(guò)程中提高自身的思維能力，助力自身科學(xué)思維的發(fā)展。

例如，在教學(xué)“力的分解”這一內(nèi)容時(shí)，為了引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，教師可以巧妙地應(yīng)用體驗(yàn)情境、問(wèn)題情境等多樣化的情境創(chuàng)設(shè)法，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系自身的生活實(shí)際，在情境啟發(fā)下積極開(kāi)展思考和深度學(xué)習(xí)活動(dòng)，更好地助力學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展。在新課導(dǎo)入教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生張開(kāi)雙臂并將雙臂放在兩側(cè)的桌子上面，之后讓他們用雙臂發(fā)力將身體支撐起來(lái)，保持雙腳處于離地狀態(tài)。在這個(gè)過(guò)程中，教師要指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真體會(huì)身側(cè)桌子之間的間距、手臂張開(kāi)角度、手臂受力三者之間的關(guān)系。當(dāng)學(xué)生融入體驗(yàn)活動(dòng)情境后會(huì)形成“手臂張開(kāi)的角度越大，就需要給予更大的支撐力來(lái)支撐身體”這一概念，教師可以借機(jī)指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的認(rèn)知，通過(guò)認(rèn)真思考對(duì)相應(yīng)的體驗(yàn)活動(dòng)原理進(jìn)行分析。此外，教師還可以結(jié)合學(xué)生本身存在的認(rèn)知沖突來(lái)科學(xué)地設(shè)計(jì)一些思考題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)認(rèn)真思考、推理論證、歸納和總結(jié)等過(guò)程，進(jìn)一步引發(fā)認(rèn)知沖突，如可以設(shè)置如下幾個(gè)階梯化或?qū)哟位膯?wèn)題：（1）兩個(gè)力可以采用一個(gè)合力進(jìn)行等效替代，那么一個(gè)力是否可以運(yùn)用兩個(gè)力進(jìn)行等效替代呢？（2）在對(duì)力進(jìn)行分解過(guò)程中需要遵從何種法則呢？什么時(shí)候才需要對(duì)一個(gè)力進(jìn)行分解呢？（3）在分解一個(gè)已知力的時(shí)候涉及哪些方式？如何確定兩個(gè)分力的方向呢？通過(guò)這些問(wèn)題的提出，教師可以進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生積極思考，有效鍛煉他們的思維能力。

（三）加強(qiáng)科學(xué)探究指導(dǎo)，傳授科學(xué)思維方式方法

科學(xué)思維的發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)思維方式方法的支持，而科學(xué)探究是學(xué)生開(kāi)展科學(xué)創(chuàng)新活動(dòng)的基礎(chǔ)與前提，因?yàn)閯?chuàng)新過(guò)程本質(zhì)上就是思維創(chuàng)新性運(yùn)用的環(huán)節(jié)。為了更好地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，教師就要科學(xué)地設(shè)計(jì)一系列學(xué)生感興趣的科學(xué)探究活動(dòng)，并在相應(yīng)科學(xué)探究活動(dòng)中有效滲透科學(xué)指導(dǎo)思想與理念，借助科學(xué)思維方式方法助力學(xué)生科學(xué)思維的順利發(fā)展。但是在開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)期間，教師要注意立足促進(jìn)學(xué)生探究能力和科學(xué)思維發(fā)展視角，靈活地采用實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)、課外實(shí)踐活動(dòng)或者課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化等方式，使學(xué)生在整個(gè)物理課堂教學(xué)活動(dòng)中可以積極思考，徹底擺脫傳統(tǒng)的“唯教材論”或“唯教師論”等理念，確保全體學(xué)生在所設(shè)計(jì)的物理探究活動(dòng)中可以大膽質(zhì)疑，有效思考和深入探究，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展[2]。

例如，當(dāng)下物理教材中關(guān)于“點(diǎn)電荷”本身所形成電場(chǎng)的介紹不夠詳細(xì)，如缺乏明確的公式對(duì)電場(chǎng)之中的電勢(shì)大小情況進(jìn)行界定，僅僅是要求學(xué)生學(xué)會(huì)借助電場(chǎng)線方向判斷電勢(shì)大小即可。這樣僅僅是從定性分析視角使學(xué)生了解電場(chǎng)中電勢(shì)大小的變化情況，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法深入把握內(nèi)在的科學(xué)原理與機(jī)理，理解不夠深刻。為了有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，教師可以借助定量計(jì)算的方式，指導(dǎo)學(xué)生一同開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)，幫助學(xué)生進(jìn)一步深刻理解“電場(chǎng)之中的電勢(shì)大小情況”，使學(xué)生切實(shí)明確“點(diǎn)電荷”本身所形成的周邊電場(chǎng)中電勢(shì)能、電勢(shì)等相關(guān)指標(biāo)的量化情況，更好地助力學(xué)生科學(xué)思維的形成，提高學(xué)生物理問(wèn)題求解能力。此外，在對(duì)科學(xué)探究活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，教師要立足學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手實(shí)操能力及科學(xué)思維等培養(yǎng)視角，設(shè)計(jì)多樣化的活動(dòng)，如“電池電阻與電動(dòng)勢(shì)探究”“速度和功變化關(guān)系探究”“碰撞中不變量探究”等，有效培養(yǎng)學(xué)生的物理探究能力和科學(xué)思維?；蛘?，教師也可以充分考慮學(xué)生的喜好，緊密結(jié)合物理教材內(nèi)容及學(xué)生的生活實(shí)際情況，指導(dǎo)他們從物理學(xué)視角來(lái)分析相關(guān)現(xiàn)象或者分析有關(guān)的生活化問(wèn)題，如指導(dǎo)他們參觀周邊的風(fēng)力發(fā)電站，同時(shí)為他們講解電磁感應(yīng)方面的知識(shí)，以此來(lái)加深他們對(duì)所學(xué)物理知識(shí)的理解，有效鍛煉他們的分析問(wèn)題及求解能力。

（四）立足科學(xué)思維培養(yǎng)，持續(xù)優(yōu)化物理教學(xué)過(guò)程

為了進(jìn)一步抓住物理教學(xué)時(shí)機(jī)來(lái)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的順利形成，教師要注意將科學(xué)思維培養(yǎng)理念貫穿于物理教學(xué)的始終，如課前自主預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)、習(xí)題講解環(huán)節(jié)、課后復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)或者實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)等。這些環(huán)節(jié)都可以基于科學(xué)思維培養(yǎng)視角進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)及優(yōu)化。教師要使高中物理教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)都成為助力學(xué)生科學(xué)思維形成的重要教學(xué)階段。

例如，在物理習(xí)題教學(xué)中，教師可以抓住物理習(xí)題處理的方式方法，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)整個(gè)習(xí)題分析中的科學(xué)推理過(guò)程進(jìn)行認(rèn)真把握，在側(cè)重學(xué)生物理解題能力發(fā)展的同時(shí)，有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的養(yǎng)成，助力學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)順利形成。在實(shí)際的物理習(xí)題教學(xué)及指導(dǎo)中，教師可以將極限思維、整體思維等多種多樣的思維方法傳授給學(xué)生，使學(xué)生靈活地運(yùn)用極限放大或極限縮小的思維方式來(lái)推理及分析相關(guān)物理問(wèn)題，快速找到相關(guān)物理問(wèn)題的突破口。

例1：在某一半徑是R 的絕緣環(huán)上面均勻地分布電荷（電荷量是Q），而在垂直于其平面的對(duì)稱(chēng)軸上面存在點(diǎn)P，其和圓環(huán)中心相距L，靜電力常量是k，試求點(diǎn)P 處的電場(chǎng)強(qiáng)度E，正確的表達(dá)式是下列哪個(gè)選項(xiàng)（ ）。

A.E=B.E=

C.E=D.E=

解析：針對(duì)本道物理題的求解，教師要注意指導(dǎo)學(xué)生采取標(biāo)準(zhǔn)化、合理化的思維方式，以科學(xué)的思維流程及方式對(duì)整個(gè)分析過(guò)程進(jìn)行表達(dá)。具體如下：假定R=0，那么可以將絕緣環(huán)本身看成點(diǎn)電荷，借助其場(chǎng)強(qiáng)求解公式即可確定點(diǎn)P 場(chǎng)強(qiáng)是之后將R=0 代入其中可以發(fā)現(xiàn)僅僅選項(xiàng)A 與D 二者滿足題干條件。如果L=0，此時(shí)P 點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是0，之后將其繼續(xù)帶入選項(xiàng)A 與D，發(fā)現(xiàn)僅僅選項(xiàng)D 滿足題干條件，故本道題的正確選項(xiàng)是D。通過(guò)這種基于有效思考開(kāi)展的解題分析活動(dòng)，可以促進(jìn)學(xué)生推理論證能力的發(fā)展，助力學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)的形成。

結(jié) 語(yǔ)

總之，科學(xué)思維培養(yǎng)是高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求之一，能對(duì)學(xué)生物理綜合素質(zhì)的發(fā)展產(chǎn)生極大影響。在物理教學(xué)中滲透科學(xué)思維培養(yǎng)理念，教師可以從培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度出發(fā)，注重有效開(kāi)展問(wèn)題情境、實(shí)驗(yàn)情境或媒體情境教學(xué)，確保可以引發(fā)學(xué)生科學(xué)思維認(rèn)知沖突，同時(shí)還要注意加強(qiáng)科學(xué)探究指導(dǎo)，有計(jì)劃地傳授給學(xué)生必要的科學(xué)思維方式方法，并持續(xù)優(yōu)化物理教學(xué)過(guò)程，保證全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。