科學(xué)思維視域下初中生物理推理能力的培養(yǎng)

黃海峰

科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分，而物理推理能力是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中不可或缺的一種基礎(chǔ)能力。新時(shí)代背景下，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是物理教學(xué)的重要內(nèi)容。通過科學(xué)推理，學(xué)生能夠用科學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)物理問題，并通過探索和推理解決實(shí)際問題。本文探討了科學(xué)思維視域下初中生物理推理能力的培養(yǎng)策略，以供參考。

一、物理推理能力的類型

初中生的物理推理能力可以分為守恒推理、變量推理和演繹推理三類。

（一）守恒推理，概括抽象本質(zhì)

守恒推理要求學(xué)生認(rèn)清事物的本質(zhì)特征，在事物的某些物理狀態(tài)發(fā)生變化的情況下，從本質(zhì)特征出發(fā)，對(duì)其變化過程中的物理量變化特征進(jìn)行分析，概括抽象本質(zhì)，利用事物本質(zhì)守恒不變的特性進(jìn)行分析與推理。能量守恒是最常見的守恒屬性之一，結(jié)合能量變化的守恒特性，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的守恒推理能力。

（二）變量推理，分析特定影響

變量推理是指分析物理變化過程中某種變量的屬性，并且在該變化過程中與多個(gè)變量存在物理關(guān)系時(shí)，通過控制變量的方法，分析某種變量對(duì)物理現(xiàn)象的特定影響，進(jìn)而科學(xué)推理物理規(guī)律?？刂谱兞糠椒ㄊ且环N重要的推理方法，在物理實(shí)驗(yàn)探究和規(guī)律探索中有著至關(guān)重要的作用。在初中物理教學(xué)中，教師可以建立物理量變化受到單一變量影響的過程模型，指導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用控制變量的方法探究物理量的本質(zhì)變化特性。

（三）演繹推理，驗(yàn)證假定推論

演繹推理本質(zhì)上是一種從假設(shè)到驗(yàn)證的推理過程，這種推理方式需要學(xué)生根據(jù)一些特征信息提出假定推論，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)探究方案，對(duì)其進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。這不僅可以充分鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)探究能力，還可以讓學(xué)生經(jīng)歷完整的演繹推理過程，培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理能力。

二、培養(yǎng)初中生物理推理能力的策略

初中階段學(xué)生的心理思維特征正處于由具體運(yùn)算階段向形式運(yùn)算階段過渡的時(shí)期，這一心里思維特征對(duì)課堂教學(xué)中的科學(xué)推理能力滲透提出了新的要求。教師應(yīng)針對(duì)學(xué)生的心理思維特征，設(shè)計(jì)具有充足吸引力的學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展。

（一）設(shè)置生活情境，探索潛在規(guī)律

科學(xué)推理能力的培養(yǎng)離不開學(xué)生的自我驅(qū)動(dòng)，教師應(yīng)通過創(chuàng)設(shè)生活情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生在自主探究活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，提高科學(xué)推理能力。在課堂教學(xué)中，教師將生活問題和生活現(xiàn)象作為素材，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果。

例如，在講解蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)第五章第四節(jié)“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”時(shí)，教師可以引入下面的生活情境：小明在商場與媽媽一起乘坐扶梯，在上升的過程中發(fā)現(xiàn)自己與媽媽的相對(duì)位置沒有變化，但是相對(duì)下一層的物體提升了一層的高度，發(fā)生了位置變化，請(qǐng)問在這個(gè)過程中小明是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的？乘坐商場的自動(dòng)扶梯是學(xué)生非常熟悉的一種生活情境，通過問題聯(lián)系學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)，可以促使學(xué)生積極參與探究活動(dòng)，直觀地體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，并通過分析得出結(jié)論，即物體的運(yùn)動(dòng)與靜止必須在一個(gè)特定的參考系下才有實(shí)際意義。由此可見，以生活情境為課堂教學(xué)的切入點(diǎn)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生的深入探究和推理提供有力的抓手，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力。

（二）滲透物理學(xué)史，生成責(zé)任意識(shí)

縱觀物理學(xué)發(fā)展史，每一種物理規(guī)律的提出都是科學(xué)家們?cè)诓粩嗵剿鞯倪^程中通過科學(xué)推理得出的結(jié)論，這一過程蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)推理觀念和社會(huì)責(zé)任意識(shí)。在初中物理教學(xué)實(shí)踐中，教師巧用物理學(xué)史創(chuàng)設(shè)背景知識(shí)，不僅能夠提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，還能夠在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理推理過程的感受。

以蘇科版初中物理八年級(jí)下冊(cè)第十章“壓強(qiáng)和浮力”相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)為例，教師在講解阿基米德原理時(shí)，可以結(jié)合阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力計(jì)算原理的科學(xué)推理過程，引導(dǎo)學(xué)生通過情景再現(xiàn)的方式，用測量浮力的方法判斷某種物體質(zhì)地是否純凈，并參照物理學(xué)史中的規(guī)律探索過程，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)：用大小相同材質(zhì)不同的物體做漂浮試驗(yàn)，將不同的物體分別放到盛滿水的量筒中，當(dāng)物體靜止后取出，觀察量筒中的讀數(shù)，得到排出液體的體積，并嘗試計(jì)算此時(shí)物體受到的浮力大小。通過這次實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生推理得出不同的物體在液體中漂浮時(shí)排開的液體重力恰好與其受到的浮力大小相等，并利用該原理檢測了物體的質(zhì)地是否純凈。通過物理學(xué)史的滲透，學(xué)生可以在真實(shí)情境中經(jīng)歷科學(xué)家的推理過程，直觀地感受科學(xué)推理的巨大作用及物理探索對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大意義。

（三）融合項(xiàng)目學(xué)習(xí)，解決具體問題

初中階段學(xué)生的心智發(fā)展不成熟，他們?cè)诿媾R比較復(fù)雜的物理問題時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)畏難情緒。針對(duì)這一問題，教師應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，將復(fù)雜的物理問題作為一個(gè)項(xiàng)目拆分為多個(gè)環(huán)節(jié)，在多環(huán)節(jié)逐漸推進(jìn)的過程中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展。

以蘇科版初中物理九年級(jí)上冊(cè)第十一章第二節(jié)“滑輪”一課為例，在講解相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師需要讓學(xué)生掌握滑輪的概念，理解不同滑輪對(duì)做功帶來的變化，并且能夠通過滑輪組的靈活組合實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而解決實(shí)際問題。針對(duì)這一復(fù)雜的學(xué)習(xí)要求，教師可以根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理念將其劃分為不同的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，避免學(xué)生由于畏難心理等降低學(xué)習(xí)主動(dòng)性。首先，教師通過多媒體設(shè)備展示相關(guān)圖片和視頻，讓學(xué)生建立滑輪的物理概念，認(rèn)識(shí)定、動(dòng)兩種滑輪的結(jié)構(gòu)。其次，教師通過受力分析，引導(dǎo)學(xué)生理解兩種滑輪的物理作用，即分別能夠起到改變力的方向和省力的作用。最后，教師結(jié)合實(shí)際問題引導(dǎo)學(xué)生分析滑輪組，計(jì)算滑輪組帶來的省力效果及移動(dòng)距離的改變。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過逐個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)探索，可以很快達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，從而解決具體問題。

（四）立足實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理學(xué)科的基礎(chǔ)，是物理推理能力應(yīng)用的基本場景，因此，科學(xué)思維視域下的物理推理能力培養(yǎng)應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐運(yùn)用。教師要立足實(shí)驗(yàn)教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐應(yīng)用中獲得物理科學(xué)推理的直觀體驗(yàn)，從而提高學(xué)生的物理推理能力。

1.調(diào)動(dòng)感官，觀察實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可以調(diào)動(dòng)多重感官，通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生的物理學(xué)習(xí)不再是局限于課本中枯燥的描述，而是直觀可見、可操作的多種感官經(jīng)驗(yàn)。因此，教師應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生的體驗(yàn)，通過對(duì)細(xì)節(jié)的感受提高學(xué)生應(yīng)用科學(xué)推理的能力。教師可以合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)多種感官之間的相互轉(zhuǎn)換，在吸引學(xué)生注意力的同時(shí)放大實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，助力學(xué)生對(duì)推理細(xì)節(jié)的把握。例如，在教授蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)第一單元“聲現(xiàn)象”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生感受聲音的產(chǎn)生和傳播原理，深化學(xué)生對(duì)聲音的本質(zhì)認(rèn)知。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以先在一個(gè)振膜表面放一些碎紙片，當(dāng)振膜發(fā)聲時(shí)，讓學(xué)生觀察紙片的狀態(tài)，然后分別用固體、液體和氣體感受聲音的傳播特性，最后通過多媒體設(shè)備播放打雷的視頻，讓學(xué)生觀察看到閃電和聽到雷聲的時(shí)間差，從而將不可見的聲音轉(zhuǎn)化為可通過視覺、聽覺和觸覺直觀體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)聲音震動(dòng)傳播本質(zhì)的理解。教師通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為直觀可見的內(nèi)容，有助于學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，通過細(xì)節(jié)分析推理得出對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律。

2.辨識(shí)數(shù)據(jù)，量化實(shí)驗(yàn)變化。數(shù)據(jù)分析是總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、推理現(xiàn)象規(guī)律的重要步驟，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和物理推理能力有著至關(guān)重要的作用。因此，教師應(yīng)有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生辨識(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象變化進(jìn)行量化表示，揭示物理變化的本質(zhì)。學(xué)生通過辨識(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果中的變化關(guān)系，可以掌握變量守恒或控制變量的推理思路。比如，在教授蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)第八章第二節(jié)“重力 力的示意圖”時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生利用測力計(jì)及不同質(zhì)量和不同形狀的測量物，探究重力大小與質(zhì)量、形狀和位置的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，教師要指導(dǎo)學(xué)生將每一次的測量結(jié)果繪制成表格，形成不同變量條件下的結(jié)果圖。通過觀察重力大小在三種單一變量下的結(jié)果，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)質(zhì)量變化時(shí)，重力也隨之變化，而不同形狀、不同材質(zhì)的物體及物體位置的變化不會(huì)引起測力計(jì)讀數(shù)的改變，由此得出“物體的重力大小只與質(zhì)量有關(guān)”的結(jié)論。教師還可以指導(dǎo)學(xué)生將記錄結(jié)果繪制為圖形，進(jìn)一步對(duì)物體質(zhì)量和重力之間的關(guān)系進(jìn)行分析，從而發(fā)現(xiàn)兩者是線性關(guān)系，可以表示為G=mg，其中g(shù)是重力常數(shù)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，學(xué)生可以了解物理現(xiàn)象背后的數(shù)量關(guān)系，從而推理出相應(yīng)的物理規(guī)律。

3.對(duì)比預(yù)設(shè)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)比預(yù)設(shè)是演繹推理的常見方法，該方法具體體現(xiàn)為，教師根據(jù)已有的知識(shí)基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)立不同的對(duì)照組，通過對(duì)比分析對(duì)照組的不同實(shí)驗(yàn)條件和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，演繹推理得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，在對(duì)比預(yù)設(shè)的過程中達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生推理能力的目的。對(duì)比預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)方式可以應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)中。例如，在講解蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)第四章第三節(jié)“凸透鏡成像的規(guī)律”時(shí)，教師可以根據(jù)放大鏡、望遠(yuǎn)鏡、投影儀等凸透鏡在不同工具中呈現(xiàn)的不同成像效果，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)上述工具差異設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，探究其成像的一般規(guī)律。按照物距與焦距的關(guān)系，教師可以指導(dǎo)學(xué)生設(shè)置5組不同的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其中實(shí)驗(yàn)條件分別為u＞2f、u=2f、2f＞u＞f、u=f、u＜f，在實(shí)驗(yàn)中保持其他條件的一致性，探究不同物距和像距組合中的成像顯性，然后根據(jù)現(xiàn)象假設(shè)不同條件下的結(jié)果，進(jìn)而記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，從而獲取最直接的推理經(jīng)驗(yàn)。在對(duì)比預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生既需要發(fā)揮自己的認(rèn)知推理能力，根據(jù)不同條件推理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，又需要自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的猜想。在這個(gè)過程中，學(xué)生的推理能力和探究能力均能得到有效鍛煉。

結(jié)語

科學(xué)思維視域下培養(yǎng)初中生的物理推理能力，需要教師重視學(xué)生的心理思維特征和認(rèn)知能力的發(fā)展，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在科學(xué)推理能力滲透中的作用，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的物理推理能力，落實(shí)初中物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需求。

（作者單位：江蘇省南通市啟秀中學(xué)）