基于物理新課標發(fā)展學生科學思維能力

秦曉文 _ 北京教育科學研究院

科學思維是“物理新課標”規(guī)定的核心素養(yǎng)和應具備的關(guān)鍵能力。目前，物理教學中如何發(fā)展學生的科學思維，還存在很多問題和困難：教師對科學思維的要素認識不清，甚至存在誤區(qū)；教師難以觀察和診斷學生的科學思維過程；教師不能僅通過講授發(fā)展學生的科學思維等。本文將針對這些問題，在實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上，總結(jié)培養(yǎng)學生科學思維能力的基本策略，以期引發(fā)更多的實踐探索。

第一，抓住科學思維的基本特征，明確教學的重點和難點。

模型建構(gòu)是以研究模型解釋原型的形態(tài)特征和本質(zhì)的方法，是邏輯方法的一種特有形式。在教學中，重點是借助物理模型，讓學生經(jīng)歷物理模型建構(gòu)的過程，體會模型建構(gòu)的方法，為學生認識事物提供新的思路和方法。

科學推理是從已知的命題出發(fā)，依據(jù)邏輯規(guī)則，推出另一個新命題的思維形式?？茖W概念是思維形式最基本的組成單位，是構(gòu)成命題、推理的要素。因此，理解概念的內(nèi)涵和外延、會運用基本的邏輯規(guī)則是進行科學推理的基礎(chǔ)?？茖W推理可分為演繹推理、歸納推理和類比推理。在學習物理前，學生已經(jīng)在數(shù)學課中形成基本的演繹推理能力，物理教學重點是在解決物理問題中促進學生演繹推理能力的遷移。歸納推理是從個別到一般的推理過程，物理教學中的歸納推理主要是因果關(guān)系歸納推理，主要目的是判斷變量A是不是變量B的影響因素，其邏輯規(guī)則是：改變變量A，觀察變量B是否隨之改變，以此判斷變量A是不是變量B的影響因素。因果關(guān)系歸納推理是物理教學的重點和難點。類比推理是根據(jù)兩個對象在某些屬性上相同或相似，通過比較而推斷出它們在其他屬性上也相同的推理過程，物理教學中的類比推理主要用于幫助學生利用已有知識經(jīng)驗理解新知識，促進學生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

科學論證是科學推理的綜合運用，包括論題、論據(jù)和論證方式三個組成要素。證實和證偽是論證的兩種類型。教學中要把科學論證的過程作為重點，要求學生把科學論證過程表達出來，加強論證過程的診斷，重點診斷論證過程的概念錯誤、推理錯誤，并及時糾正。

質(zhì)疑的本質(zhì)是為求真而進行的批判思維，物理學的發(fā)展過程就是創(chuàng)新與質(zhì)疑的相互作用過程。對學生而言，質(zhì)疑的過程往往是認知沖突的過程，也是新舊知識相互作用，為形成新的認知結(jié)構(gòu)主動建構(gòu)的過程。質(zhì)疑過程是學生真正體會發(fā)現(xiàn)新知識的創(chuàng)新過程。為此，教師在教學中既要創(chuàng)設(shè)和諧寬松的氛圍，鼓勵學生質(zhì)疑和創(chuàng)新；還要創(chuàng)設(shè)真實的問題情境和任務(wù)，指導學生經(jīng)歷質(zhì)疑和創(chuàng)新的過程。

第二，采取有效教學策略，促進學生科學思維的發(fā)展。

教師在教學中要創(chuàng)設(shè)適當?shù)膯栴}情境引導學生思維，問題設(shè)計要有層次性、針對性、系統(tǒng)性，通過系列問題為學生思維搭設(shè)“腳手架”，幫助學生克服思維障礙，學會科學的思維方法。教師提問時要多選用“為什么”的問題或“怎么樣”的問題，還要及時追問和質(zhì)疑，鼓勵學生將思維過程表達出來。教師在提問后要注意停頓，給予學生足夠的思考時間，引導學生對解決問題的方案進行討論和評估。教師要關(guān)注學生思考過程中的證據(jù)及解釋，重點診斷學生的概念理解及推理、論證和質(zhì)疑創(chuàng)新的過程，對于學生思維過程中的問題和錯誤，要及時糾正。

教師要適時將科學思維過程顯性化、程序化，為學生提供高水平的示范，指導學生學習科學思維的基本程序。通過問題導向、任務(wù)驅(qū)動，引導學生在模仿教師科學論證的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷科學論證的過程。例如，關(guān)于運動和力的關(guān)系，亞里士多德認為運動需要力維持，伽利略認為運動不需要力維持。你能分別舉出支持亞里士多德和伽利略觀點的實例嗎？你認為運動和力有什么關(guān)系？理由是什么？

在評價與反饋過程中，教師應鼓勵學生創(chuàng)新和質(zhì)疑，鼓勵學生發(fā)表基于證據(jù)與邏輯的個人見解或觀點，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)或提出新問題，鼓勵學生創(chuàng)造性地完成制作或探究任務(wù)。

針對科學思維的重點和難點問題，設(shè)計建構(gòu)類作業(yè)，通過解答建構(gòu)類作業(yè)進一步發(fā)展學生的科學思維能力。作業(yè)設(shè)計要以展現(xiàn)學生思維過程的開放性題目為主，慎用填空題和選擇題；還要充分考慮學生的認知規(guī)律，針對學生在概念理解、科學推理、科學論證等方面存在的片面認識和常見錯誤，設(shè)計成論證題、評估題，引導學生在解決問題的過程中深化理解，不斷完善科學思維能力的結(jié)構(gòu)。