探究高中物理教學(xué)中科學(xué)思維培養(yǎng)的策略

郭冬環(huán)

時(shí)代在發(fā)展，教育應(yīng)先行。近年來課程改革多次豐富物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)體系，這證明了思維能力與素養(yǎng)內(nèi)涵對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)、發(fā)展的助推作用。為此，對(duì)強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行理實(shí)融通研究，教師既應(yīng)該重視運(yùn)用理論內(nèi)容，又應(yīng)該關(guān)注教學(xué)方案的實(shí)踐。教師應(yīng)將科學(xué)思維與不同類型課程教學(xué)進(jìn)行融合，采取循序漸進(jìn)原則去實(shí)踐、創(chuàng)新再落實(shí)，最終將學(xué)生培育成擁有高階思維的人才。

一、對(duì)科學(xué)思維的解讀

培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，教師應(yīng)該理清核心素養(yǎng)體系中提及的科學(xué)思維。為此，結(jié)合對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的分析，側(cè)重四點(diǎn)進(jìn)行說明。第一，模型建構(gòu)。它應(yīng)該是一種可以將概念具象化的思維方式，更是思維分析后的學(xué)習(xí)產(chǎn)物。高中階段的物理模型可分為：對(duì)象物理模型，如磁場模型、波動(dòng)模型等；條件模型，如光滑平面、恒定電場等；過程模型，如勻速直線運(yùn)動(dòng)、拋物體運(yùn)動(dòng)等[1]。以培養(yǎng)科學(xué)思維為目標(biāo)，學(xué)生的模型構(gòu)建水平應(yīng)該分為不同等級(jí)。其中，最基礎(chǔ)的模型構(gòu)建水平應(yīng)該是：學(xué)生可以理解并表達(dá)出簡單的物理模型；最高的模型構(gòu)建水平應(yīng)該是：學(xué)生可以將復(fù)雜的問題、現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為物理模型。第二，科學(xué)推理。它應(yīng)該是強(qiáng)化思維的要素，是基于判斷并完成分析的過程。結(jié)合課標(biāo)內(nèi)容分析，高中階段學(xué)生的科學(xué)推理能力應(yīng)該是可以在問題中綜合所學(xué)知識(shí)，并對(duì)問題進(jìn)行分析，通過歸納、演繹、類比等方法，可以得出結(jié)論并對(duì)問題解釋說明。第三，科學(xué)論證。它相較于推理更重視科學(xué)觀點(diǎn)的應(yīng)用，是依據(jù)理論內(nèi)容進(jìn)行解釋說明。高中階段學(xué)生科學(xué)論證能力應(yīng)該是可以獨(dú)立自主考慮論據(jù)的合理性與科學(xué)性，并運(yùn)用證據(jù)正確解釋問題。第四，質(zhì)疑創(chuàng)新。它包含兩部分，分別是提出疑問、嘗試創(chuàng)新。高中生需要多維度審視所學(xué)內(nèi)容，并嘗試提出一些新的物理學(xué)觀點(diǎn)。

二、高中物理教學(xué)中科學(xué)思維的培養(yǎng)策略

（一）概念教學(xué)：激發(fā)科學(xué)思維

概念教學(xué)的核心是將物理知識(shí)以及現(xiàn)象，通過理論解釋等教學(xué)方法，讓其深刻烙印在學(xué)生腦海中。通俗地講，物理概念是體現(xiàn)本質(zhì)特征的理論內(nèi)容。對(duì)于學(xué)生而言，物理概念是科學(xué)思維的模型。為此，從以下五點(diǎn)完成策略總結(jié)。第一，創(chuàng)設(shè)前概念導(dǎo)學(xué)案。教師在課堂上以導(dǎo)學(xué)案的方式引出所學(xué)內(nèi)容，學(xué)生通過對(duì)教材內(nèi)容的理解，以此奠定科學(xué)思維的綜合起點(diǎn)[2]。第二，創(chuàng)設(shè)概念問題情境。學(xué)懂概念、學(xué)透概念是基礎(chǔ)，從課堂情境入手，讓學(xué)生真正理解物理學(xué)中重要的概念，以此激活科學(xué)思維。第三，串聯(lián)概念建構(gòu)背景。為學(xué)生講解不同學(xué)習(xí)模塊中有關(guān)聯(lián)的概念，使學(xué)生在腦海中形成概念連接點(diǎn)。此時(shí)，串聯(lián)背景需要圍繞聲模塊、光模塊、熱模塊、電模塊、力模塊進(jìn)行詳細(xì)構(gòu)建[3]，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中經(jīng)歷問題理解的過程。第四，比較關(guān)聯(lián)物理概念。將所學(xué)物理概念進(jìn)行類比，亦是學(xué)生課堂學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的思維活動(dòng)。點(diǎn)出各模塊中概念的相同之處，引導(dǎo)學(xué)生做筆記、分析，以此加強(qiáng)科學(xué)思維的訓(xùn)練。第五，活用概念圖工具。即利用概念圖的形式激活學(xué)生思維，幫助學(xué)生深度解讀概念，最終以可視化學(xué)習(xí)形式提升科學(xué)思維。

教學(xué)案例一：“磁場 磁感線”一課是典型的概念教學(xué)。作為電磁學(xué)的第一課，學(xué)懂概念有助于學(xué)生后續(xù)更好地提升科學(xué)思維。為此，在授課前基于科學(xué)思維將本課教學(xué)目標(biāo)劃分為四個(gè)層面。其一，學(xué)生需要掌握并學(xué)會(huì)建立磁場物理模型以及磁感線物理模型；其二，學(xué)生通過類比電場概念進(jìn)而建立磁場的相關(guān)概念；其三，學(xué)生通過類比電場線的概念建立磁感線的概念；其四，通過課堂學(xué)習(xí)進(jìn)行質(zhì)疑、創(chuàng)新。教師基于教學(xué)目標(biāo)，確定本課需要運(yùn)用的教學(xué)方法（講授法、實(shí)驗(yàn)演示法）、學(xué)習(xí)方法（觀察法、實(shí)驗(yàn)探究法、小組討論法）。先完成課前導(dǎo)學(xué)案，而后學(xué)生自主完成問題的探究，以此奠定本課科學(xué)思維培養(yǎng)的重要起點(diǎn)。授課開始，教師以指南針作為新課導(dǎo)入內(nèi)容，讓學(xué)生通過耳熟能詳?shù)闹R(shí)建立對(duì)新課的感知，并通過導(dǎo)學(xué)案的學(xué)習(xí)，了解本課重點(diǎn)內(nèi)容。概念教學(xué)中，教師先為學(xué)生講解電與磁的聯(lián)系，為學(xué)生演示奧斯特實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在觀察的過程中再次驗(yàn)證結(jié)論型概念，并完成概念背景的構(gòu)建。接下來的時(shí)間為學(xué)生講述磁場的重點(diǎn)內(nèi)容，并讓學(xué)生分組進(jìn)行探究型實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，學(xué)生合作完成實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論。關(guān)于磁感線的概念教學(xué)，教師利用磁感線演示版以及立體演示器，采取演示的方法讓學(xué)生理解、掌握通電導(dǎo)線的磁感線分布，此時(shí)引入安培定則。隨后，教師講解基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生在練習(xí)中進(jìn)行二次鞏固。

（二）規(guī)律教學(xué)：理解科學(xué)思維

規(guī)律教學(xué)的核心是引導(dǎo)學(xué)生通過分析、推理、驗(yàn)證，以此掌握學(xué)科相關(guān)的定律以及原理。物理規(guī)律總結(jié)物理知識(shí)以及現(xiàn)象的成因，是基于物理概念的高階內(nèi)容。為此，從以下五點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。第一，注重物理公式推導(dǎo)。推導(dǎo)區(qū)別于“灌輸式”教學(xué)，在推導(dǎo)過程中牢記公式，更有助于學(xué)生理解物理規(guī)律。同時(shí)，學(xué)生獨(dú)立完成推理與驗(yàn)證物理規(guī)律，能幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)思維的內(nèi)涵。第二，類比推理方法。學(xué)生在推理過程中，教師應(yīng)該提醒學(xué)生以研究問題入手，以理解更深層的物理規(guī)律。此過程可以保證新舊知識(shí)的有效連接，提升思維推理能力。第三，創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情境?？茖W(xué)思維培養(yǎng)需要規(guī)律，但是不能完全依靠規(guī)律。為此，教學(xué)過程中，教師可以借助認(rèn)知沖突情境，及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)[4]，最終讓學(xué)生明白科學(xué)論證的重要性，并敢于在學(xué)習(xí)過程中質(zhì)疑、創(chuàng)新。第四，運(yùn)用所學(xué)解釋問題。物理規(guī)律的學(xué)習(xí)絕對(duì)不僅僅是運(yùn)用解決卷面問題，更需要學(xué)生運(yùn)用所學(xué)嘗試解釋生活中的物理現(xiàn)象。教師要通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C，引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)思維運(yùn)用到今后的學(xué)習(xí)與生活中。第五，引入物理學(xué)史討論。如學(xué)習(xí)牛頓第一定律時(shí)，教師可以圍繞物理學(xué)史讓學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，以此幫助學(xué)生更深層次地體會(huì)學(xué)習(xí)內(nèi)容。

教學(xué)案例二：“牛頓第一定律”是典型的規(guī)律教學(xué)。作為牛頓三大定律中的基礎(chǔ)內(nèi)容，牛頓第一定律是學(xué)生力學(xué)的基石，更在力學(xué)模塊教學(xué)中起著承接作用。為此，基于科學(xué)思維培養(yǎng)的目的，將本課教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為如下內(nèi)容。其一，以生活案例或情境進(jìn)行受力分析，并在分析過程中明確物體受力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；其二，依托伽利略的理想實(shí)驗(yàn)深度掌握本課內(nèi)容；其三，在實(shí)驗(yàn)過程中引入新的實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)問題進(jìn)行質(zhì)疑。本課依舊采用講授法、實(shí)驗(yàn)演示法為最基本的教學(xué)方法，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用讀書指導(dǎo)法。采用觀察法、實(shí)驗(yàn)探究法、小組討論法幫助學(xué)生深度理解力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。新課開始，教師先強(qiáng)調(diào)本課內(nèi)容是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上推理概括的科學(xué)理論，并以簡單的微課導(dǎo)學(xué)內(nèi)容為學(xué)生演示。隨后演示伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)（關(guān)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的詳細(xì)資料可以讓學(xué)生在課前完成調(diào)研，并自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)資料查找，幫助學(xué)生拓寬對(duì)物理學(xué)史的掌握）。對(duì)此部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以強(qiáng)化學(xué)生的質(zhì)疑精神，通過學(xué)習(xí)伽利略反駁亞里士多德的資料，引導(dǎo)學(xué)生在今后學(xué)習(xí)中勇敢質(zhì)疑。學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容全部接收后可以繼續(xù)講解慣性的有關(guān)內(nèi)容，并利用板書幫助學(xué)生理解記憶。

（三）習(xí)題教學(xué)：鞏固科學(xué)思維

習(xí)題可以用來考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況，在此過程中，教會(huì)學(xué)生通過習(xí)題看到物理知識(shí)的本質(zhì)，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)思維。為此，從以下五點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。第一，將文字問題轉(zhuǎn)化為學(xué)科語言。傳授學(xué)生審題的辦法，將文字內(nèi)容在驗(yàn)算紙上進(jìn)行推理。在推理過程中將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用，讓解題思路更清晰。第二，引導(dǎo)學(xué)生畫情景圖。該方法尤其適用于力學(xué)模塊，即將力學(xué)問題用圖形的形式展示出來，并運(yùn)用所學(xué)力學(xué)概念與規(guī)律，完成問題的解答。此過程可以幫助學(xué)生完成物理模型的建構(gòu)，將抽象問題形象化，夯實(shí)科學(xué)思維。第三，關(guān)注問題多解答。科學(xué)思維不僅僅是推理、驗(yàn)證，更包括靈活運(yùn)用。運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解答問題，這就是學(xué)習(xí)創(chuàng)新的過程。運(yùn)用多種方法解決問題，亦能體現(xiàn)科學(xué)思維培養(yǎng)的進(jìn)階要義。第四，關(guān)注簡答題型的訓(xùn)練。教學(xué)過程不能一切向高考看齊，這樣會(huì)忽視簡答題型的深層次訓(xùn)練，以至于限制學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。教師利用簡答題型檢測學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的深度與寬度，引導(dǎo)學(xué)生多思考，最終多角度提升學(xué)生的科學(xué)思維。第五，注重引入估算問題。估算的過程就是快速將問題解決的過程，這需要學(xué)生全面且靈活地掌握所學(xué)知識(shí)。因此，此類習(xí)題的教學(xué)中，教師應(yīng)教會(huì)學(xué)生分清主次因素，將復(fù)雜問題簡單化。

教學(xué)案例三：“勻變速直線運(yùn)動(dòng)”中包含著大量重要知識(shí)點(diǎn)，這是學(xué)好運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊的基礎(chǔ)?；诳茖W(xué)思維培養(yǎng)以及習(xí)題課教學(xué)重點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)如下教學(xué)目標(biāo)：（1）引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)本模塊知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；（2）掌握公式并靈活運(yùn)用；（3）對(duì)典型問題著重思考進(jìn)而形成分析、推理的解題意識(shí)。習(xí)題課教學(xué)前需要師生共同完成知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)，如速度與時(shí)間的關(guān)系式、圖像；位移與時(shí)間的關(guān)系式、圖像；速度與位移的關(guān)系式、圖像。同時(shí)，相關(guān)推論如平均速度、中間時(shí)刻速度、位移中點(diǎn)速度、比較中間時(shí)刻速度和位移中點(diǎn)速度等，都需要鞏固掌握。此時(shí)，學(xué)生可以利用情境圖進(jìn)行比較、深度理解。習(xí)題訓(xùn)練過程要注意分類掌握，將文字轉(zhuǎn)化為圖形，并采取例題與練習(xí)題對(duì)應(yīng)的方式，幫助學(xué)生提升科學(xué)思維。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)：創(chuàng)新科學(xué)思維

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)理論內(nèi)容驗(yàn)證的方法，是以目的為出發(fā)點(diǎn)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器完成實(shí)驗(yàn)的操作。以科學(xué)思維培養(yǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)在實(shí)驗(yàn)中感知、質(zhì)疑、驗(yàn)證，體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)科學(xué)思維的重要性。為此，從以下五點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。

1.用實(shí)驗(yàn)突出物理模型。高中階段眾多物理模型在學(xué)生的意識(shí)中是抽象的，通過實(shí)驗(yàn)將其可視化，讓學(xué)生真正意識(shí)到實(shí)驗(yàn)的重要性，可以強(qiáng)化物理模型在學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知中的建構(gòu)。

2.以科學(xué)家視角完成實(shí)驗(yàn)。以探索為實(shí)驗(yàn)出發(fā)點(diǎn)，一改往日用實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)理論內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中體驗(yàn)科學(xué)推理的整體經(jīng)過，體會(huì)驗(yàn)證的重要性。

3.引入課堂趣味實(shí)驗(yàn)。依據(jù)課堂教學(xué)重點(diǎn)，為學(xué)生展示趣味小實(shí)驗(yàn)，突出動(dòng)手動(dòng)腦激活思維的教學(xué)理論。

4.強(qiáng)調(diào)如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)思維中的質(zhì)疑關(guān)系到培養(yǎng)效果，為此，課堂上教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用科學(xué)依據(jù)論證優(yōu)化后的嚴(yán)謹(jǐn)性，以此培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑、創(chuàng)新的精神。

5.歸納實(shí)驗(yàn)方法。學(xué)會(huì)歸納亦是科學(xué)思維的基礎(chǔ)，如探究加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系，可以引導(dǎo)學(xué)生歸納其中運(yùn)用的方法，并幫助學(xué)生內(nèi)化吸收。

教學(xué)案例四：“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用”屬于初高中結(jié)合內(nèi)容，教師可利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)幫助學(xué)生對(duì)初中所學(xué)知識(shí)進(jìn)行拓展，同時(shí)為后續(xù)學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。基于科學(xué)思維，本課教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該包含如下內(nèi)容：（1）通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以建構(gòu)物理模型；（2）實(shí)驗(yàn)中體會(huì)科學(xué)探索精神，領(lǐng)悟推理與論證過程，并感悟科學(xué)探究的方法；（3）學(xué)習(xí)科學(xué)家身上的質(zhì)疑精神以及創(chuàng)新精神。實(shí)驗(yàn)開始，教師可引導(dǎo)學(xué)生講解法拉第的相關(guān)科學(xué)故事并完成實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)家論證推理的精神。要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行總結(jié)，為學(xué)生講解將電磁感應(yīng)以及感應(yīng)電流等相關(guān)概念。隨后，以“產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”為主題，學(xué)生完成小組探究實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，可以利用實(shí)驗(yàn)將物理模型可視化，進(jìn)而推理出實(shí)驗(yàn)主題內(nèi)容。關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，可以利用電磁小火車作為趣味小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)完成科學(xué)論證的過程。關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要說明一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)該強(qiáng)調(diào)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，更應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生探索，在實(shí)驗(yàn)過程中思考問題，敢于向同學(xué)、老師提出問題，以完成實(shí)驗(yàn)論證。

三、結(jié)語

行文至此，高中物理課堂上培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的策略已探究完畢。學(xué)生圍繞思維夯實(shí)完成學(xué)習(xí)，可以更透徹地學(xué)好物理學(xué)科，且有科學(xué)思維的奠基，對(duì)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)以及今后發(fā)展有著更大的作用。未來教學(xué)中，教師仍應(yīng)該深度挖掘教材，讓思維培養(yǎng)在課堂上落地生花。

參考文獻(xiàn)：

［1］何福軍.探析高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的策略［J］.學(xué)周刊，2023（7）：57-59.

［2］王思琪，張勇.試談以學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)的高中物理教學(xué)策略［J］.學(xué)周刊，2023（4）：9-11.

［3］李萬金.高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)策略研究［J］.學(xué)周刊，2023（5）：75-77.

［4］喬紅艷.高中物理教學(xué)中學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)策略［J］.智力，2023（1）：64-67.

（作者單位：東明縣第一中學(xué)）

編輯：常超波