科學(xué)思維在高中物理解題教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：科學(xué)思維在高中物理解題教學(xué)中的應(yīng)用是一個值得深入探討的課題.通過文獻綜述、課堂觀察和實驗研究，探討了科學(xué)思維對學(xué)生物理解題能力的影響.研究采用具體例題展示科學(xué)思維在物理解題中的應(yīng)用過程，結(jié)果表明，將科學(xué)思維方法融入教學(xué)能顯著提高學(xué)生的問題分析、邏輯推理和創(chuàng)新思維能力.文章提出了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的具體策略和方法，為改進高中物理教學(xué)實踐提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，對提升物理教學(xué)質(zhì)量具有重要意義.

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；高中物理；解題教學(xué)；教學(xué)策略；例題分析；學(xué)生能力

中圖分類號：G632"" 文獻標(biāo)識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2025）04-0095-03

物理學(xué)融合實驗與理論，以科學(xué)思維認(rèn)識自然.高中物理教學(xué)中，培養(yǎng)科學(xué)思維能力不僅能夠提高解題效率，更能夠深化對物理概念的理解.然而，當(dāng)前教學(xué)普遍重結(jié)果輕過程，重技巧輕思維，致使學(xué)生難以應(yīng)對復(fù)雜問題.因此，探討科學(xué)思維在物理解題教學(xué)中的有效應(yīng)用，并通過具體例題展示，對提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力意義重大.本研究旨在分析科學(xué)思維的應(yīng)用策略，為改進高中物理教學(xué)提供思路.

1 科學(xué)思維與物理解題能力的關(guān)系

1.1 科學(xué)思維的內(nèi)涵及特征

科學(xué)思維是解決物理問題的核心方法論，其特征包括客觀性、系統(tǒng)性和創(chuàng)新性.在物理學(xué)中，這種思維方式體現(xiàn)為對自然現(xiàn)象的精確觀察、合理假設(shè)、嚴(yán)謹(jǐn)實驗和邏輯分析.科學(xué)思維強調(diào)以證據(jù)為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)的推理過程得出結(jié)論，同時保持開放和批判的態(tài)度，鼓勵創(chuàng)新性思考.

1.2 物理解題過程中的科學(xué)思維要素

物理解題涉及多個科學(xué)思維要素，構(gòu)成了一個完整的問題解決鏈.這包括準(zhǔn)確的問題識別，將復(fù)雜問題簡化為可處理的物理模型，運用數(shù)學(xué)工具進行定量分析，以及對結(jié)果進行合理性驗證[1].這些要素不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)、相互支持的，共同形成了解決物理問題的科學(xué)思維框架.

2 高中物理解題教學(xué)中科學(xué)思維的現(xiàn)狀分析

2.1 教學(xué)內(nèi)容中科學(xué)思維元素的缺失

高中物理教學(xué)內(nèi)容往往過分強調(diào)知識的系統(tǒng)性和完整性，而忽視了科學(xué)思維方法的滲透.教材編排多以知識點為中心，較少體現(xiàn)物理學(xué)的探究過程和思維方法.解題示例傾向于展示標(biāo)準(zhǔn)化的解答步驟，缺乏對問題形成、假設(shè)提出、方案設(shè)計等科學(xué)思維過程的呈現(xiàn)[2].這種做法雖然便于知識傳授，卻不利于學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，使學(xué)生難以理解物理學(xué)的本質(zhì)和方法論.

2.2 教學(xué)方法對科學(xué)思維培養(yǎng)的忽視

當(dāng)前的教學(xué)方法多聚焦于知識傳遞和解題技巧訓(xùn)練，而非科學(xué)思維能力的培養(yǎng).課堂教學(xué)中，教師往往扮演知識權(quán)威的角色，學(xué)生則處于被動接受的狀態(tài).探究性學(xué)習(xí)和開放性問題討論的時間不足，限制了學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新解決問題的機會.評價體系也多以考試成績?yōu)閷?dǎo)向，較少關(guān)注學(xué)生思維能力的發(fā)展.這種教學(xué)方法難以激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，也不利于培養(yǎng)其批判性思維和創(chuàng)新能力.

2.3 學(xué)生科學(xué)思維能力的普遍不足

受教學(xué)內(nèi)容和方法的影響，學(xué)生的科學(xué)思維能力普遍表現(xiàn)不佳，他們在面對非標(biāo)準(zhǔn)化問題時，常常無從下手或機械套用公式.分析問題的能力不足，難以將復(fù)雜問題分解為可解決的子問題；邏輯推理能力薄弱，在多步驟推導(dǎo)中容易出錯；創(chuàng)新思維匱乏，難以提出多種解決方案或應(yīng)用跨學(xué)科知識.

3 將科學(xué)思維融入高中物理解題教學(xué)的策略

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出科學(xué)思維訓(xùn)練

教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化應(yīng)聚焦于科學(xué)思維的系統(tǒng)培養(yǎng).可在課程設(shè)置中引入專門的科學(xué)思維方法論課程，系統(tǒng)講解假設(shè)演繹法、類比推理等科學(xué)思維方法[3].在常規(guī)教學(xué)中，將經(jīng)典物理問題的發(fā)現(xiàn)過程融入教學(xué)，如牛頓運動定律的提出過程，讓學(xué)生體驗科學(xué)發(fā)現(xiàn)的思維歷程.解題示例應(yīng)重構(gòu)為“問題-分析-假設(shè)-求解-驗證”的完整科學(xué)思維過程，強調(diào)每一步的思維方法.

3.2 改進教學(xué)方法，注重思維過程的引導(dǎo)

教學(xué)方法改進應(yīng)以激發(fā)學(xué)生主動思考為核心.可采用“翻轉(zhuǎn)課堂”模式，學(xué)生先自學(xué)基礎(chǔ)知識，課堂時間用于深度討論和問題解決；引入“錯誤分析法”，通過分析典型錯誤培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維；設(shè)置“物理辯論賽”，學(xué)生就同一物理現(xiàn)象提出不同解釋并進行辯論，培養(yǎng)多角度思考能力；利用虛擬仿真技術(shù)，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中設(shè)計實驗、驗證假設(shè)，提高動手實踐能力.同時，引入科研式學(xué)習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生完成小型研究項目，體驗完整的科學(xué)研究過程.

3.3 設(shè)計針對性練習(xí)，強化科學(xué)思維應(yīng)用

針對性練習(xí)設(shè)計應(yīng)注重科學(xué)思維的全面應(yīng)用.設(shè)置“開放性問題集”，每個問題都有多種解法，鼓勵學(xué)生探索不同思路；引入“過程導(dǎo)向型”題目，要求學(xué)生詳細記錄解題思路，重點評價思維過程而非最終答案；設(shè)計“錯誤識別與糾正”類題目，培養(yǎng)學(xué)生的問題診斷能力；增加“實驗設(shè)計”類問題，要求學(xué)生設(shè)計驗證某一物理定律的實驗方案[4]；引入“科技前沿”相關(guān)題目，如量子力學(xué)、相對論等，培養(yǎng)學(xué)生對前沿科學(xué)的思考能力；定期組織“物理思維挑戰(zhàn)賽”，設(shè)置需要創(chuàng)新思維解決的難題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力.

4 科學(xué)思維在物理解題教學(xué)中的應(yīng)用實例4.1 力學(xué)問題中的科學(xué)思維訓(xùn)練

力學(xué)問題為培養(yǎng)科學(xué)思維提供了豐富的素材.以物體運動的速度分析為例，可以訓(xùn)練學(xué)生的多角度思考和問題分析能力.

例1 一物體以某一速度沖上一光滑斜面，前4 s的位移為1.6 m，隨后4 s的位移為零，那么物體的加速度多大？（設(shè)物體做勻變速運動）

解析 設(shè)物體的加速度大小為a，由題意知加速度的方向沿斜面向下.

所以初速度v0=6a②

由①②得物體的加速度為

a=0.1 m/s2.

點評 例1中，物體在斜面上的運動涉及了初速度、加速度、位移和時間等多個物理量，要求學(xué)生綜合運用勻變速直線運動的相關(guān)知識.解法一使用基本公式，體現(xiàn)了從已知條件到未知量的邏輯推導(dǎo)過程.解法二則利用了推論公式，展示了簡化問題和快速求解的思路.這種多角度解題方法不僅加深了學(xué)生對物理概念的理解，也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維能力.

4.2 熱學(xué)問題中的科學(xué)思維培養(yǎng)

熱學(xué)問題為科學(xué)思維的培養(yǎng)提供了理想的平臺，特別是在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律方面.

例2 水在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸騰時，汽化熱L=2 264 J/g，這時質(zhì)量m=1 g的水變?yōu)樗魵?，某體積由V1=1.043 cm3變?yōu)閂2=1 676 cm3，在該過程中吸收的熱量是多少？水蒸氣對外界做的功是多少？增加的內(nèi)能是多少？

分析 理解和掌握△U、Q、W的符號法則是正確應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解答問題的關(guān)鍵.Q、W這兩個量只要有助于增加系統(tǒng)內(nèi)能的均取正值，如吸熱、受壓縮，Q、W就取正值，反之就取負(fù)值.

解析 1 g水汽化的過程中吸收的熱量為

Q=mL=1×2 264 J=2 264 J

水蒸氣在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下膨脹，對外界所做的功為

W=p0（V2-V1）=1.013×105×（1 676-1.043）×10-6J=169.7 J.

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，增加的內(nèi)能為

ΔU=Q+W=2 264 J-169.7 J=2 094.3 J

點評

例2解題過程培養(yǎng)多方面的科學(xué)思維能力.學(xué)生在解決這類問題時，需要準(zhǔn)確理解熱力學(xué)第一定律中ΔU、Q、W的物理含義和符號規(guī)則，這一過程鍛煉了概念辨析能力.問題解決要求將復(fù)雜情境分解為計算吸收熱量、外界做功和內(nèi)能增加等步驟，體現(xiàn)了系統(tǒng)思維的應(yīng)用.正確選擇和應(yīng)用汽化熱公式、功的計算公式等，培養(yǎng)了邏輯推理能力.通過熱力學(xué)第一定律驗證結(jié)果一致性的過程，強化了結(jié)果驗證意識.

5 科學(xué)思維應(yīng)用于物理解題教學(xué)的效果評估

5.1 學(xué)生物理解題能力的提升

科學(xué)思維的系統(tǒng)應(yīng)用顯著增強了學(xué)生的物理解題能力.具體表現(xiàn)在三個方面：問題分析能力、解決策略選擇能力和結(jié)果驗證能力.在問題分析方面，學(xué)生能夠快速識別關(guān)鍵信息，準(zhǔn)確把握物理情境的本質(zhì)[5]；解決策略選擇上，學(xué)生不再局限于單一方法，而是能根據(jù)問題特點靈活選用多種解題策略；結(jié)果驗證能力的提升體現(xiàn)在學(xué)生會主動檢查答案的合理性，并嘗試用不同方法驗證結(jié)果.

5.2 學(xué)生科學(xué)思維水平的改善

科學(xué)思維教學(xué)模式的實施帶來了學(xué)生科學(xué)思維水平的質(zhì)的飛躍.最顯著的改變是批判性思維能力的提升，學(xué)生不再盲目接受給定信息，而是習(xí)慣性地提出疑問和尋求證據(jù).創(chuàng)新思維能力的增強體現(xiàn)在學(xué)生能夠提出多元化的假設(shè)和解決方案.邏輯推理能力的提高使學(xué)生在復(fù)雜問題的分析和解決過程中表現(xiàn)出更強的條理性和系統(tǒng)性.

6 結(jié)束語

將科學(xué)思維融入高中物理解題教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力的有效途徑.通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法和設(shè)計針對性練習(xí)，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，提高其物理解題水平.例題分析展示了科學(xué)思維在實際問題解決中的應(yīng)用，有助于學(xué)生理解和掌握科學(xué)思維方法.未來的研究應(yīng)進一步探索科學(xué)思維與其他學(xué)科教學(xué)的結(jié)合，以及如何在整個中學(xué)階段系統(tǒng)性地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，為培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ).

參考文獻：

［1］ 張永虎.逆向思維在初中物理解題中的運用探析[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（教研版），2023（05）：12-14.

[2] 彭利民.高中物理解題難的原因及教學(xué)方法探析[J].數(shù)理化解題研究，2022（33）：80-82.

[3] 李倩倩.淺談高中物理解題思維培養(yǎng)的策略[J].數(shù)理化解題研究，2022（12）：110-112.

[4] 楊國建.高中物理解題教學(xué)實踐與思考[J].新智慧，2021（13）：91-92.

[5] 蘇宏.高中物理解題教學(xué)策略分析[J].數(shù)理化解題研究，2017（36）：47-48.