核心素養(yǎng)視角下的初中物理科學(xué)思維培養(yǎng)策略

吳思怡

(江蘇省昆山市周市中學(xué),江蘇 昆山 215300)

科學(xué)思維是指運(yùn)用科學(xué)認(rèn)知活動(dòng)對(duì)所掌握材料加工處理的一種理論體系.從物理教學(xué)的角度分析,我們認(rèn)為科學(xué)思維是指學(xué)習(xí)者能夠發(fā)現(xiàn)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系,并且將零散知識(shí)串聯(lián)成系統(tǒng)的邏輯體系,能夠自主探索科學(xué)現(xiàn)象,在推理驗(yàn)證中解釋自然中事物的本質(zhì),揭示其中內(nèi)在規(guī)律的具體反應(yīng)[1].在科學(xué)思維的培養(yǎng)中,不僅要求學(xué)生掌握科學(xué)方法,如推理論證等,還需要在科學(xué)推理中善于質(zhì)疑,能夠基于事實(shí)依據(jù)做出批判,提出創(chuàng)造性的見解等.由此可見,科學(xué)思維是一種高階思維,在初中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)思維,促使學(xué)生的學(xué)習(xí)思維走向更深處,提升初中生的物理學(xué)習(xí)能力,對(duì)于初中生的科學(xué)品質(zhì)以及科學(xué)精神發(fā)展有著重要的影響.

1 創(chuàng)設(shè)問題情境,培養(yǎng)科學(xué)探索思維

在物理教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維能力,需要學(xué)生經(jīng)歷一系列的科學(xué)探索過程.其中以問題的發(fā)現(xiàn)為起點(diǎn),打開學(xué)生的思維之門,讓學(xué)生在疑惑的驅(qū)動(dòng)下,對(duì)開展科學(xué)探索產(chǎn)生濃厚的興趣,引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考,這是科學(xué)思維形成的基本條件.問題情境的創(chuàng)設(shè),可以將學(xué)生置身于某一個(gè)具體的情境中,給學(xué)生帶來(lái)身臨其境的感受,學(xué)生在情境的帶領(lǐng)下會(huì)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題,并對(duì)問題提出質(zhì)疑,形成認(rèn)知沖突,在渴望解決問題的意愿推動(dòng)下進(jìn)入到科學(xué)探索學(xué)習(xí)活動(dòng)中[2].

如在參照物知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中,教師可以利用實(shí)驗(yàn)演示的方式創(chuàng)設(shè)直觀情境,將A物體和B物體放在同一高度的不同位置同時(shí)下落,其中A物體做自由落體運(yùn)動(dòng),B物體向A物體做平拋運(yùn)動(dòng),二者在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生了碰撞,由此情境引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的思考:為什么兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡不同卻會(huì)相撞呢?教師通過問題情境創(chuàng)設(shè)的方式,不僅引發(fā)了學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的觀察與思考,同時(shí)也可以借此引出參照物,讓學(xué)生初步掌握,選擇不同的參照物,對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的描述也是不同的.又如,在“透鏡”一課教學(xué)中,教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解生活中常見的透鏡原理,教學(xué)中教師可以選擇不同類型的透鏡,如照相機(jī)、投影儀等,以此作為教具創(chuàng)設(shè)情境.通過多媒體設(shè)備展示照相機(jī)拍攝時(shí)的焦距調(diào)節(jié)過程,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入到生活情境中,思考“如何調(diào)節(jié)焦距?”“物距、像距與焦距之間有著怎樣的關(guān)系?”由此引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的思考,形成科學(xué)探索的意識(shí).教師通過多種問題情境創(chuàng)設(shè)的方式,讓學(xué)生在物理課堂中形成了新情境與原有認(rèn)知之間的沖突,能夠有效激活學(xué)生的科學(xué)探究欲望,促使學(xué)生在科學(xué)探究中糾正錯(cuò)誤的前概念,讓學(xué)生學(xué)會(huì)站在科學(xué)的視角分析問題,為后續(xù)科學(xué)解答問題奠定基礎(chǔ).

2 建立物理模型,培養(yǎng)科學(xué)抽象思維

初中生正處于從具象思維向抽象思維過渡的階段,在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí),需要培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維.但是當(dāng)學(xué)生剛剛接觸物理知識(shí)時(shí),會(huì)因?yàn)槲锢碇R(shí)過于抽象而產(chǎn)生畏懼心理,為了減輕學(xué)生的物理知識(shí)學(xué)習(xí)難度,教師可以引領(lǐng)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中建立簡(jiǎn)單模型,嘗試將抽象的物理知識(shí)通過模型的形式概括性地呈現(xiàn)出來(lái),這樣既可以讓抽象的物理概念變得生動(dòng)、直觀,又可以進(jìn)一步凸顯出物理問題的本質(zhì),直擊核心要素,引領(lǐng)學(xué)生在問題剖析及模型建構(gòu)中發(fā)展科學(xué)抽象思維[3].

如在“杠桿的平衡條件”一課教學(xué)中,發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對(duì)杠桿的理論知識(shí)理解不夠透徹,經(jīng)常出現(xiàn)物理概念混淆等問題.為了解決學(xué)生對(duì)杠桿原理理解不足以及概念混淆的問題,教師可以選擇引入與杠桿原理有關(guān)的生活案例,通過生活案例幫助學(xué)生建立生活經(jīng)驗(yàn)與物理概念性知識(shí)之間的聯(lián)系.比如用指甲刀剪手指甲的現(xiàn)象,讓學(xué)生分析為什么我們沒有用多少力氣,卻可以輕松地將指甲剪掉,引領(lǐng)學(xué)生從簡(jiǎn)單的生活案例分析中明白,指甲刀制作的原理就是杠桿原理.又如,引入汽車引擎蓋的開啟現(xiàn)象,抽象出杠桿原理的概念,幫助學(xué)生建立與杠桿原理有關(guān)的物理模型,當(dāng)學(xué)生再遇到此類問題或者此類生活現(xiàn)象時(shí),學(xué)生就會(huì)從已有的物理模型出發(fā)解釋生活現(xiàn)象,輕松化解物理難題,鍛煉學(xué)生的綜合分析能力以及抽象概括能力,助力學(xué)生科學(xué)抽象思維的形成.

3 巧妙搭建支架,培養(yǎng)科學(xué)推理思維

科學(xué)推理思維的培養(yǎng)需要學(xué)生根據(jù)已經(jīng)掌握的所有信息條件,對(duì)科學(xué)現(xiàn)象或者科學(xué)問題展開一系列的推理,從而獲得答案的一種思維能力.在教學(xué)實(shí)踐中,教師通常會(huì)以問題為載體,為學(xué)生搭建推理、驗(yàn)證的支架,促使學(xué)生對(duì)特定的事實(shí)進(jìn)行縝密思考,引領(lǐng)學(xué)生感受科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性,能夠從科學(xué)問題的推理和驗(yàn)證中領(lǐng)悟知識(shí)內(nèi)涵,掌握物理規(guī)律.

比如在“浮力大小的影響因素”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中,需要學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)提出假設(shè),并且為了驗(yàn)證猜想而經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、推理驗(yàn)證等過程.為了幫助學(xué)生完成科學(xué)推理的過程,教師在學(xué)生實(shí)踐探索之前,通過問題設(shè)置的方式給學(xué)生搭建簡(jiǎn)單的支架,比如:(1)你感受過浮力嗎?(2)你認(rèn)為浮力是否有方向?(3)請(qǐng)學(xué)生們猜測(cè)哪些因素可以影響浮力的大小?由此引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的猜想,可以為學(xué)生的推理驗(yàn)證提供思路.當(dāng)然,支架的搭建以及使用不僅可以用在學(xué)生進(jìn)行推理驗(yàn)證之前,還可以運(yùn)用于學(xué)生推理驗(yàn)證過程中,教師可以根據(jù)學(xué)生的推理驗(yàn)證發(fā)展進(jìn)程,在學(xué)生的學(xué)習(xí)需要處設(shè)計(jì)支架,幫助學(xué)生渡過推理驗(yàn)證的難關(guān).比如,在“電路的基本連接方式”教學(xué)過程中,教師要求學(xué)生利用干電池、小燈泡、導(dǎo)線等材料組裝電路,并且在實(shí)驗(yàn)探索中解答問題:若是在這個(gè)裝置中放入多個(gè)小燈泡,要如何連接這些燈呢?如何保證每一個(gè)燈都有一個(gè)單獨(dú)的開關(guān)控制?在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)推理過程中,教師還可以繼續(xù)追問,拓展學(xué)生的思維寬度與廣度:若調(diào)整開關(guān)的位置,此實(shí)驗(yàn)中的小燈還會(huì)亮嗎?你認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?由此,教師為學(xué)生搭建了科學(xué)推理驗(yàn)證的平臺(tái),通過多種形式引領(lǐng)學(xué)生參與到物理科學(xué)的推理過程中,實(shí)現(xiàn)科學(xué)推理思維培養(yǎng)在物理課堂全過程中的滲透,讓學(xué)生的學(xué)習(xí)思維始終保持活躍的狀態(tài),促使學(xué)生對(duì)科學(xué)問題以及科學(xué)現(xiàn)象提出猜想與假設(shè),并且為了驗(yàn)證自己的猜想主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)操作,在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)展科學(xué)推理思維.

4 借助思維導(dǎo)圖,培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新思維

思維導(dǎo)圖是當(dāng)前較為熱門的一種教學(xué)工具,在物理學(xué)習(xí)中,指導(dǎo)學(xué)生使用思維導(dǎo)圖,可以幫助學(xué)生找到各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的相關(guān)之處,抓住知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系,促使學(xué)生將原本零散化的知識(shí)點(diǎn)梳理歸納在一起,建立系統(tǒng)化的知識(shí)體系.通過思維導(dǎo)圖的使用,可以幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)框架進(jìn)行深入研究與思考,進(jìn)而跳出原有的知識(shí)框架束縛,能夠自主創(chuàng)新與拓展知識(shí)脈絡(luò),為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)提供更加廣闊的創(chuàng)造空間,助力學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新思維能力的提升.

以光學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)為例,在以往的復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)中,學(xué)生往往抓不住復(fù)習(xí)的重點(diǎn),只是簡(jiǎn)單地將課本中的內(nèi)容閱讀一遍,或者通過課堂記錄的閱讀完成復(fù)習(xí)任務(wù),其實(shí)學(xué)生并沒有完成系統(tǒng)的知識(shí)梳理,對(duì)于知識(shí)的理解仍舊停留在原有的基礎(chǔ).為了打破學(xué)生的思維禁錮,教師鼓勵(lì)學(xué)生使用思維導(dǎo)圖建立系統(tǒng)的光學(xué)知識(shí)框架,將自己在初中階段學(xué)習(xí)到的有關(guān)光學(xué)知識(shí),按照一定的邏輯關(guān)系呈現(xiàn)在思維導(dǎo)圖中.這樣既給學(xué)生預(yù)留了創(chuàng)新拓展的空間,也可以促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的形成[4].例如在光學(xué)知識(shí)復(fù)習(xí)中,學(xué)生對(duì)光的反射內(nèi)容做出了進(jìn)一步的梳理,在思維導(dǎo)圖的幫助下不僅完成了對(duì)光的反射規(guī)律的深度探索,也幫助學(xué)生復(fù)習(xí)了以前學(xué)習(xí)的“光的折射”等內(nèi)容.還有一部分學(xué)生在這部分知識(shí)梳理中聯(lián)系生活實(shí)際,將生活現(xiàn)象納入到思維導(dǎo)圖之中,比如區(qū)分水中的倒影、河水中的魚兒兩者現(xiàn)象形成的原因等,還整理了光的反射實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等.學(xué)生思維導(dǎo)圖繪制的過程,就是創(chuàng)新思維發(fā)展的過程,每一名學(xué)生的思維導(dǎo)圖繪制思路不同,思維發(fā)散的視角也就不同,可以通過個(gè)性化的思維導(dǎo)圖繪制幫助學(xué)生發(fā)展科學(xué)創(chuàng)新思維.

5 鼓勵(lì)質(zhì)疑反思,培養(yǎng)科學(xué)批判思維

批判思維是學(xué)生必備的思維能力,也是發(fā)展學(xué)生形成科學(xué)思維過程中必不可少的因素.在初中物理教學(xué)中,教師應(yīng)深度研究批判思維,認(rèn)識(shí)到一個(gè)人的科學(xué)批判思維形成是建立在大腦活動(dòng)之上,基于已有的一些理論或結(jié)論,能夠提出合理的質(zhì)疑,并對(duì)疑問做出分析、得出結(jié)論[5].在初中物理教學(xué)中,教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑,培養(yǎng)學(xué)生形成善于質(zhì)疑的品質(zhì),并且在質(zhì)疑中不斷自我反思,能夠?yàn)榱私獯鹨苫蟀l(fā)展自身的科學(xué)探究能力,由此形成科學(xué)批評(píng)思維,促進(jìn)我國(guó)科學(xué)水平的發(fā)展.

如在“平面鏡成像的特點(diǎn)”教學(xué)中,在以往的物理教學(xué)中教師會(huì)借助模擬實(shí)驗(yàn)的方式,讓學(xué)生繪制出實(shí)驗(yàn)的圖像,給學(xué)生提供總結(jié)平面鏡成像特點(diǎn)的機(jī)會(huì).具體實(shí)驗(yàn)過程是:圓圈A代表蠟燭,假設(shè)B代表平面鏡MN的成像,測(cè)量?jī)蓚€(gè)圓圈到平面鏡的距離,根據(jù)測(cè)量得出的數(shù)據(jù)總結(jié)出“像、物到平面鏡的距離相等”的結(jié)論.但是,這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論并不嚴(yán)謹(jǐn),論據(jù)也不足,在此實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中教師應(yīng)有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)做出質(zhì)疑與反思,不可全盤接受實(shí)驗(yàn),不可不加思考地認(rèn)同每一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn),促使學(xué)生在質(zhì)疑與反思中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方法存在的問題以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論的漏洞.由此,許多學(xué)生開始提出疑問,例如“我們所采用的實(shí)驗(yàn)方法是否不對(duì)?”“我認(rèn)為或許是實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法不對(duì),導(dǎo)致測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)存在誤差,這才影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果.”在質(zhì)疑的驅(qū)動(dòng)下,學(xué)生經(jīng)過討論以及合作學(xué)習(xí),又一次完成了實(shí)驗(yàn)探究:發(fā)現(xiàn)需要將平面鏡自身的厚度考慮進(jìn)去,物距的測(cè)量需要從蠟燭的最右端開始到平面鏡的最遠(yuǎn)處,以此促使學(xué)生敢于質(zhì)疑、學(xué)會(huì)質(zhì)疑,形成科學(xué)批判思維.

總之,科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分,培養(yǎng)初中生的科學(xué)思維是新課標(biāo)對(duì)物理教學(xué)提出的新要求.教學(xué)中要激活學(xué)生的科學(xué)探究熱情,教會(huì)學(xué)生理性分析問題,在問題的分析過程中建構(gòu)物理模型,完善知識(shí)體系,促使物理學(xué)習(xí)效果的提升.