核心素養(yǎng)視域下培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維的實(shí)踐與探索

【摘要】科學(xué)思維指的是運(yùn)用科學(xué)的方法解釋現(xiàn)象、探索知識(shí)以及解決問題的思維方式。文章主要探討核心素養(yǎng)視域下培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維的實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】初中；物理；科學(xué)思維；核心素養(yǎng)

作者簡(jiǎn)介：曹旭鳳（1975—），女，江蘇省南通市竹行中學(xué)。

當(dāng)前，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維已成為教師的重要任務(wù)。作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，物理學(xué)起著十分重要的作用。教師應(yīng)該積極運(yùn)用不同的教學(xué)方法和策略，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，使學(xué)生的物理科學(xué)思維得到全面發(fā)展。

一、建構(gòu)模型

（一）類比法

為了引導(dǎo)學(xué)生更好地理解和掌握科學(xué)思維，教師可以將認(rèn)知心理學(xué)理論與教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合。類比法是一種有效的認(rèn)知心理學(xué)策略，它能夠幫助學(xué)生溫故而知新，從而深化學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解。

以蘇科版物理九年級(jí)上冊(cè)“電流和電流表的使用”這一課的教學(xué)為例，此課主要的教學(xué)目標(biāo)是幫助學(xué)生理解電流的概念以及測(cè)量電流的方法，類比法可以在這個(gè)過程中起到關(guān)鍵的作用。為了幫助學(xué)生理解電流，筆者把電流比作正在流動(dòng)的河水，把電流表比作用來測(cè)量河流流量的設(shè)備。筆者先讓學(xué)生了解“電流是由電子在導(dǎo)線中移動(dòng)而產(chǎn)生的，就像河流是由水在河道中流動(dòng)而形成的”，以此幫助學(xué)生理解電流的本質(zhì)。緊接著，筆者引導(dǎo)學(xué)生理解電流的測(cè)量原理，從而引入電流表的使用。筆者把電流表類比為一個(gè)在河流中放置的水輪—當(dāng)水從水輪流過，水輪會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與水的流量正相關(guān)；同樣，當(dāng)電子流過電流表時(shí)，電流表指針的偏轉(zhuǎn)越大，說明電流越大。

類比法在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的過程中扮演著重要的角色，它不僅可以幫助學(xué)生更深入地理解新的物理概念，而且可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。在“電流和電流表的使用”一課中，筆者通過電流與河流、電流表與水輪的類比，有效提高了學(xué)生的思維能力。

（二）虛擬法

虛擬法是指教師將學(xué)生帶入一個(gè)虛擬的情境中，讓學(xué)生發(fā)揮想象力理解所學(xué)內(nèi)容。學(xué)生可以利用模擬能力和想象力，將抽象的物理概念轉(zhuǎn)化為具體的事物，從而增強(qiáng)對(duì)概念的理解和記憶［1］。

以蘇科版物理九年級(jí)下冊(cè)“磁體與磁場(chǎng)”一課的教學(xué)為例，為了幫助學(xué)生理解磁體與磁場(chǎng)的概念，筆者運(yùn)用虛擬法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索。首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生通過想象建構(gòu)一個(gè)虛擬的情境，即想象自己是一塊小磁鐵，身上有著磁性。其次，筆者引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題。當(dāng)兩個(gè)磁體靠近時(shí)會(huì)發(fā)生什么？當(dāng)磁體與其他物體接觸時(shí)會(huì)有什么變化？通過思考，學(xué)生可以發(fā)揮想象力，想象磁體與磁場(chǎng)的相互作用。再次，筆者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，準(zhǔn)備若干小磁鐵和小的物品，讓學(xué)生觀察小磁鐵與物品之間的相互作用。最后，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)可以親身體驗(yàn)磁體的吸引和排斥現(xiàn)象，進(jìn)一步加深對(duì)磁場(chǎng)的理解。

虛擬法不僅能夠幫助學(xué)生建立與知識(shí)的聯(lián)系，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、邏輯思維能力和想象力。教師科學(xué)運(yùn)用虛擬法培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，能夠讓學(xué)生在物理的學(xué)習(xí)和探索中獲得更多的樂趣。

（三）實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)法具有激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神和活躍學(xué)生思維的作用。教師運(yùn)用實(shí)驗(yàn)法，讓學(xué)生直接參與到科學(xué)實(shí)驗(yàn)中探索物理知識(shí)的規(guī)律，可以讓抽象的物理原理變得生動(dòng)有趣、易于理解。

以蘇科版物理八年級(jí)上冊(cè)“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”一課的教學(xué)為例，此課需要學(xué)生理解運(yùn)動(dòng)是依賴于參照物而言的。筆者在教授這一概念時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，讓一個(gè)學(xué)生在跑道上原地踏步，讓另一個(gè)學(xué)生在跑道上跑步前進(jìn)。此時(shí)，筆者提問圍觀的學(xué)生：“現(xiàn)場(chǎng)的兩位同學(xué)是否在移動(dòng)？”學(xué)生可以清楚地觀察到，對(duì)于站在操場(chǎng)上的觀察者來說，跑步前進(jìn)的同學(xué)在移動(dòng)，而原地踏步的同學(xué)則沒有移動(dòng)。緊接著，筆者引導(dǎo)學(xué)生：“我們換個(gè)角度思考問題，把操場(chǎng)看作移動(dòng)的，如同地球在自轉(zhuǎn)，那么原地踏步的同學(xué)是否也在移動(dòng)？”通過實(shí)驗(yàn)法，學(xué)生能以直觀生動(dòng)的方式理解并掌握抽象的“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”。

作為物理教師，需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行批判性思考，并引導(dǎo)學(xué)生把實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果轉(zhuǎn)化為科學(xué)的理論，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

二、推理論證

（一）數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析包括數(shù)據(jù)收集、整理、解讀以及提煉，目的在于找出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和背后的規(guī)律。數(shù)據(jù)分析能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、推理能力以及解決問題的能力，同時(shí)也能夠幫助學(xué)生深刻理解物理概念［2］。

以蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”一課的教學(xué)為例，筆者設(shè)計(jì)小車從高處滑下的對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生研究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。首先，筆者將棉布鋪在水平木板上，讓小車從斜面頂端由靜止滑下。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要記錄小車在木板上滑行的距離。其次，筆者拿掉木板上的棉布，讓小車再次從斜面頂端由靜止滑下。在這個(gè)過程中，學(xué)生也需要記錄小車在木板上滑行的距離。再次，筆者讓學(xué)生比較小車兩次在木板上滑行的距離，思考阻力不同時(shí)小車的運(yùn)動(dòng)情況會(huì)有什么不同。最后，學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)得出：拿掉木板上的棉布，運(yùn)動(dòng)的小車所受的阻力減小，向前滑行的距離變大。因此，力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，物體受力平衡時(shí)，將保持靜止或者勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)；物體受力不平衡時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變。

數(shù)據(jù)分析是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要方法之一，教師應(yīng)該重視培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律、發(fā)展科學(xué)思維。

（二）分析與綜合

分析與綜合是重要的科學(xué)研究方法。通過分析與綜合，學(xué)生能夠深入探索和理解尚未被解釋的現(xiàn)象，并借助已有的理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出合理的解釋。此外，分析與綜合促使學(xué)生綜合考慮影響事物變化的不同因素，并尋找它們之間的關(guān)聯(lián)，為學(xué)生解開未知的謎團(tuán)提供突破口。

以蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)“物體的浮與沉”一課的教學(xué)為例，筆者引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析與綜合的科學(xué)研究方法。首先，筆者提問學(xué)生：“將不同物體放入水中時(shí)，有的物體會(huì)浮在水面上，而有的物體則會(huì)沉入水底。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？”學(xué)生可以運(yùn)用阿基米德原理解釋這一現(xiàn)象。根據(jù)阿基米德原理，浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于被物體排開的液體所受的重力，物體排開液體的體積越大、液體的密度越大，物體所受的浮力就越大。其次，筆者告訴學(xué)生：“僅以密度來解釋物體的浮與沉現(xiàn)象還不夠完整，我們還需要考慮物體的形狀和體積。例如，一個(gè)體積比較大且形狀規(guī)則的物體，即使密度較大，仍然可以浮起來。這是因?yàn)槲矬w的體積比較大，排開的液體足夠多，生成的浮力能夠抵消物體的重力?！弊詈?，學(xué)生通過分析與綜合的科學(xué)方法，聯(lián)系理論與實(shí)際，深入了解物體的浮與沉現(xiàn)象，并有了更多的思考。

（三）定性定量分析

在解決實(shí)際問題方面，定性定量分析尤為重要。通過定性定量分析，學(xué)生可以更好地理解問題的本質(zhì)，并尋找解決問題的方案。定性分析可以幫助學(xué)生觀察和描述事物的特征，如物體的形狀、顏色、屬性等；定量分析可以幫助學(xué)生將物體的特征量化為數(shù)值，以便進(jìn)行比較、分析和推論。

以蘇科版八年級(jí)上冊(cè)“物態(tài)變化”這一章的教學(xué)為例，筆者引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用定性定量分析的方法。首先，在研究水的沸點(diǎn)變化與海拔高度的關(guān)系時(shí)，筆者引導(dǎo)學(xué)生收集在不同海拔高度下，水的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)，并繪制成圖表。通過觀察數(shù)據(jù)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)水的沸點(diǎn)隨著海拔高度的增加而降低。其次，為了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行定量分析，筆者引導(dǎo)他們將不同海拔高度下的水的沸點(diǎn)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)溫度，然后繪制不同海拔高度所對(duì)應(yīng)的水的沸點(diǎn)的絕對(duì)溫度統(tǒng)計(jì)圖表。最后，學(xué)生可以分析水的沸點(diǎn)與海拔高度之間的關(guān)系，從而解決問題。

教師通過引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用定性定量分析的方法，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，從而讓學(xué)生獨(dú)立思考并解決實(shí)際問題。

三、有效提問

（一）有針對(duì)性地提問

提問的核心在于提出有針對(duì)性的問題，以便深入了解現(xiàn)象并揭示其背后的原理。

以蘇科版物理八年級(jí)上冊(cè)“光的折射”這一課的教學(xué)為例，筆者通過以下教學(xué)案例讓學(xué)生更透徹地理解此課的知識(shí)點(diǎn)。首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生觀察光從空氣射入水中的現(xiàn)象。學(xué)生觀察到當(dāng)光垂直射入水中時(shí)，傳播方向不變，但當(dāng)光斜射入水中時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生偏折。其次，筆者提問學(xué)生：“為什么光在空氣和水之間傳播時(shí)方向會(huì)發(fā)生偏折？”最后，學(xué)生認(rèn)識(shí)到，光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫作光的折射。

提問能夠幫助學(xué)生深入思考現(xiàn)象背后的原理，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，使學(xué)生主動(dòng)提出問題與思考問題。通過提出問題和追根溯源，學(xué)生可以更好地理解物理現(xiàn)象。教師應(yīng)該科學(xué)提出問題，讓學(xué)生深入思考并發(fā)現(xiàn)物理問題的本質(zhì)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

（二）整合性提問

教師應(yīng)整合性地向?qū)W生提出問題，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。在物理學(xué)科教學(xué)中，教師整合知識(shí)點(diǎn)提出問題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行深入思考，不僅能夠讓學(xué)生從不同的角度探索問題，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约巴评砟芰Α?/p>

以蘇科版物理九年級(jí)上冊(cè)“機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化”這一課的教學(xué)為例，筆者引導(dǎo)學(xué)生從不同角度考慮有關(guān)問題，并探討不同問題的答案。首先，筆者提問學(xué)生：“請(qǐng)同學(xué)們說說機(jī)械能和內(nèi)能分別是什么？”以引導(dǎo)學(xué)生整合機(jī)械能與內(nèi)能的知識(shí)。學(xué)生復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)回答：“在物理學(xué)中，動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。一個(gè)物體可以同時(shí)具有動(dòng)能和勢(shì)能，動(dòng)能和勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化。分子因熱運(yùn)動(dòng)而具有分子動(dòng)能，因其間存在相互作用力而具有分子勢(shì)能。物體內(nèi)部所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫作物體的內(nèi)能，物體的溫度越高，它的內(nèi)能就越大，任何物體都具有內(nèi)能?！逼浯?，筆者從宏觀層面提問學(xué)生：“能量會(huì)否憑空消滅或者憑空產(chǎn)生？”學(xué)生通過學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到能量既不會(huì)憑空消滅，也不會(huì)憑空產(chǎn)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。再次，筆者從微觀層面提問學(xué)生：“從科學(xué)研究到日常生活，能量守恒定律都發(fā)揮著重要的作用。同學(xué)們能否舉例說明機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的例子以及內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的例子？”有的學(xué)生回答：“摩擦生熱是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能?！庇械膶W(xué)生回答：“內(nèi)燃機(jī)做功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。”最后，筆者提問學(xué)生：“在汽油機(jī)的壓縮沖程與做功沖程中，能量分別是如何轉(zhuǎn)化的?！睂W(xué)生整合機(jī)械能與內(nèi)能的知識(shí)，回答：“在壓縮沖程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；在做功沖程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?！惫P者通過整合性提問，引導(dǎo)學(xué)生從能量守恒定律、宏觀層面以及微觀層面進(jìn)行深入的思考，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

結(jié)語

在核心素養(yǎng)視域下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維可以通過建構(gòu)模型、推理論證和有效提問三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。這些方面既能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，也能夠提升學(xué)生的科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理學(xué)科核心素養(yǎng)。教師應(yīng)該不斷實(shí)踐與探索，從而更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，為學(xué)生的全面發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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