指向科學(xué)思維發(fā)展的高中物理探究式教學(xué)路徑

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（下文簡稱《課標(biāo)》）提出了核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)高中物理教師提出了更高的要求.科學(xué)思維是四大物理核心素養(yǎng)之一，是衡量學(xué)生創(chuàng)新能力與問題解決能力的關(guān)鍵指標(biāo).然而，部分教師在課堂中仍采用“灌輸式”教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生自主思考時(shí)間不足，難以發(fā)展科學(xué)思維.作為一種以學(xué)生為中心、強(qiáng)調(diào)主動(dòng)探索與發(fā)現(xiàn)的教學(xué)方法，探究式教學(xué)符合《課標(biāo)》要求，深入探索探究式教學(xué)的實(shí)施路徑，對(duì)改變教學(xué)現(xiàn)狀、落實(shí)《課標(biāo)》要求、促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展具有重要意義.

1探究式教學(xué)與科學(xué)思維概述

探究式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過自主探究來獲取知識(shí)和技能.在這種教學(xué)模式下，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題.探究式教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過實(shí)驗(yàn)、觀察、討論等多種形式來探索未知領(lǐng)域，從而加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解[1.科學(xué)思維是指學(xué)生在面對(duì)問題時(shí)，能運(yùn)用系統(tǒng)且具有邏輯性的方法進(jìn)行觀察、推理、驗(yàn)證等活動(dòng)的一種思維方文章編號(hào)：1008-0333（2025）18-0074-03式.具備科學(xué)思維的人能夠客觀分析現(xiàn)象，批判性地思考問題，創(chuàng)造性地尋求解決方案.科學(xué)思維的核心要素包括觀察力、分析力、推理力、批判性思考能力和創(chuàng)新能力等.

2探究式教學(xué)對(duì)發(fā)展科學(xué)思維的優(yōu)勢

探究式教學(xué)中的情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供直觀、生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生在主動(dòng)觀察、分析并嘗試構(gòu)建物理模型的過程中，逐漸發(fā)展模型構(gòu)建能力.探究式教學(xué)中的問題設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能夠促使學(xué)生從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并勇于質(zhì)疑現(xiàn)有知識(shí)或假設(shè)，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，促使他們從不同角度審視問題，探索新的解決方案，提升質(zhì)疑創(chuàng)新能力.在探究式教學(xué)的探究環(huán)節(jié)中，學(xué)生參與一系列科學(xué)探究活動(dòng)，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等.這一過程中，學(xué)生需要運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行推理和論證，以驗(yàn)證或修正自己的假設(shè)，逐漸發(fā)展推理論證能力.在探究式教學(xué)的總結(jié)反思環(huán)節(jié)，學(xué)生需要回顧并總結(jié)自己的探究過程，提煉出關(guān)鍵概念和原理，反思探究過程中的成功與不足，在深入理解物理現(xiàn)象和規(guī)律的同時(shí)，提升認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)屬性與內(nèi)在聯(lián)系的能力[2].探究式教學(xué)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移應(yīng)用，教師通過設(shè)計(jì)貼近生活實(shí)際或具有挑戰(zhàn)性的遷移應(yīng)用活動(dòng)，促使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題解決中，培養(yǎng)學(xué)生的遷移應(yīng)用能力和問題解決能力.

3發(fā)展科學(xué)思維的探究式教學(xué)路徑

3.1 在情境創(chuàng)設(shè)中培養(yǎng)模型建構(gòu)能力

在探究式教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)致力于創(chuàng)建貼近學(xué)生實(shí)際生活的探究情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，促使他們從具體問題中抽象出相應(yīng)的物理模型.創(chuàng)設(shè)情境需遵循真實(shí)性與接近性兩大原則，確保情境既源于學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)，又符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平[3].

以魯科版高中物理必修第二冊(cè)第3章“圓周運(yùn)動(dòng)”為例，教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)生活情境，引導(dǎo)學(xué)生回憶騎自行車的場景，特別是轉(zhuǎn)彎時(shí)的感受，通過討論自行車在轉(zhuǎn)彎時(shí)保持平衡的原因，引導(dǎo)學(xué)生思考背后的物理原理并提煉物理模型，幫助其建立用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的物理觀念，進(jìn)而培養(yǎng)其模型建構(gòu)能力.此外，教師還應(yīng)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，借鑒“水流星”實(shí)驗(yàn)的靈感，設(shè)計(jì)“旋轉(zhuǎn)的舞者”實(shí)驗(yàn).在實(shí)驗(yàn)中，教師使用一根細(xì)繩系住一個(gè)小球（或輕質(zhì)玩偶代表“舞者”），在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，逐漸提高轉(zhuǎn)速，讓學(xué)生觀察“舞者”在快速旋轉(zhuǎn)時(shí)幾乎能夠“貼”在繩子上而不掉落的現(xiàn)象，自然產(chǎn)生“是什么力量讓‘舞者’不掉下來”的疑問，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際問題抽象為“繩球模型”.另外，教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)信息情境，利用多媒體技術(shù)展示過山車在軌道上運(yùn)行的視頻或圖片，提供一系列關(guān)于過山車速度、加速度、軌道形狀等信息，引導(dǎo)學(xué)生基于這些信息，提出問題（如過山車在最高點(diǎn)為何不會(huì)掉下來？）并自主探究，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的科學(xué)思維.

3.2 在問題設(shè)計(jì)中培養(yǎng)質(zhì)疑創(chuàng)新能力

在探究式教學(xué)中，問題作為核心要素，驅(qū)動(dòng)著教與學(xué)的進(jìn)程.學(xué)生通過問題的思考與探討，不僅能夠整合已有的知識(shí)體系，還能在此基礎(chǔ)上發(fā)展批判性思維與創(chuàng)新能力.然而在實(shí)踐中，學(xué)生往往因缺乏有效的切入點(diǎn)而難以深入分析，進(jìn)而影響其質(zhì)疑與創(chuàng)新能力的提升.為此，教師在設(shè)計(jì)問題時(shí)需注重問題的適宜性和層次性，確保問題既能激發(fā)學(xué)生的興趣，又能引導(dǎo)他們循序漸進(jìn)地探索，從而在解決問題的過程中逐步培養(yǎng)質(zhì)疑精神與創(chuàng)新意識(shí).

以魯科版高中物理必修第二冊(cè)第2章“平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)\"這一科學(xué)探究為例，首先，教師應(yīng)該提出基礎(chǔ)性問題：平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向上分別具有怎樣的運(yùn)動(dòng)特征？引導(dǎo)學(xué)生回顧并應(yīng)用已學(xué)的直線運(yùn)動(dòng)知識(shí)，初步對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解.其次，教師設(shè)計(jì)拓展性問題：如何利用實(shí)驗(yàn)手段證明平拋物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)？鼓勵(lì)學(xué)生利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或光電門等工具，構(gòu)思并實(shí)施創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案.最后，教師提出開放性問題：是否可以采用不同于傳統(tǒng)的方法來驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的特性？這些新方法與傳統(tǒng)方法相比有何優(yōu)勢和不足？這類問題能夠激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)搜集信息、獨(dú)立思考，從而在實(shí)驗(yàn)探究的過程中不斷提出疑問并尋找解決方案，最終提升質(zhì)疑與創(chuàng)新能力.

3.3 在探究活動(dòng)中培養(yǎng)推理論證能力

探究式教學(xué)既可以通過個(gè)人自主探究的形式，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，激發(fā)他們的好奇心與探索欲，也可以通過小組合作探究的方式，促進(jìn)同伴間的交流與協(xié)作，共同解決問題.因?qū)W生的能力有限，無論采用哪種探究方式，如果缺少教師的引導(dǎo)，學(xué)生的思路就不夠?qū)掗?因此，教師在探究活動(dòng)過程中，應(yīng)該扮演好引導(dǎo)者的角色，既要提供必要的支持，又不能過度干預(yù)；還要指導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言表達(dá)觀點(diǎn)并提出邏輯合理的科學(xué)證據(jù)，從而提升學(xué)生的推理論證能力.

以魯科版高中物理必修第三冊(cè)第1章第3節(jié)“電場與電場強(qiáng)度”為例，教師在介紹電場強(qiáng)度之前，可以先展示一個(gè)實(shí)驗(yàn)，將相同的試探電荷放置在離場源電荷不同距離的位置上，或?qū)щ姾闪坎煌脑囂诫姾煞胖迷谕晃恢茫^察并記錄細(xì)線偏轉(zhuǎn)的角度變化.學(xué)生通過觀察，初步認(rèn)識(shí)到電場力與電荷間相對(duì)位置以及試探電荷所帶的電荷量存在相關(guān)性.然后，基于學(xué)生的自主探究結(jié)果，教師應(yīng)該繼續(xù)組織學(xué)生參與小組合作探究.具體而言，教師應(yīng)向?qū)W生講述庫侖定律并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格，引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算不同情況下電場力的大小，并討論是否能直接用電場力表示電場強(qiáng)弱.學(xué)生通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，電場強(qiáng)弱與試探電荷所受電場力之間的關(guān)系并非直接對(duì)應(yīng)，從而凸顯利用電場強(qiáng)度描述電場強(qiáng)弱的必要性.最后，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，探討電場強(qiáng)度的定義及物理意義，幫助學(xué)生逐步構(gòu)建電場強(qiáng)度的概念，理解定義公式及物理含義，并通過討論和論證，加深對(duì)電場性質(zhì)的理解.

3.4在反思總結(jié)中培養(yǎng)對(duì)比辨析能力

反思總結(jié)是探究式教學(xué)中不可或缺的一環(huán)，是學(xué)生總結(jié)探究方法、鞏固學(xué)習(xí)成果的重要途徑，更是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)比辨析能力、深化對(duì)物理概念理解的關(guān)鍵步驟.通過反思總結(jié)，學(xué)生不僅能構(gòu)建更為穩(wěn)固的知識(shí)體系，還能在對(duì)比相似或易混淆知識(shí)點(diǎn)中，提升認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系的能力.鑒于高中學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)重、自主反思總結(jié)時(shí)間有限，教師應(yīng)緊密圍繞教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)，確保反思總結(jié)的針對(duì)性和有效性.

以魯科版高中物理必修第三冊(cè)第1章第3節(jié)“電場與電場強(qiáng)度”教學(xué)為例，教師在引導(dǎo)學(xué)生完成電場概念的探究活動(dòng)后，應(yīng)遵循以下思路組織反思總結(jié)活動(dòng)：首先，鼓勵(lì)學(xué)生自主總結(jié)電場與電場強(qiáng)度兩個(gè)概念的定義、物理意義及兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系，并要求學(xué)生利用表格、思維導(dǎo)圖等工具，直觀展現(xiàn)兩者的異同點(diǎn)，幫助學(xué)生加深對(duì)電場概念的理解，為后續(xù)學(xué)習(xí)電場力、電勢等概念奠定基礎(chǔ).其次，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生回顧探究電場存在及電場強(qiáng)度測量方法的過程，思考在探究過程中運(yùn)用的科學(xué)探究方法，如控制變量法、比值定義法等.同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生分享在探究過程中遇到的難題及解決方法.最后，在反思總結(jié)的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)該進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考電場強(qiáng)度在實(shí)際生活中的應(yīng)用，如靜電除塵、電場加速等，通過案例分析，學(xué)生能夠感受到物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的緊密聯(lián)系.

3.5 在應(yīng)用遷移中培養(yǎng)模型運(yùn)用能力

在探究式教學(xué)中，構(gòu)建并深入理解物理模型是基礎(chǔ)，將所構(gòu)建的模型靈活應(yīng)用于實(shí)際問題解決中是探究式教學(xué)的最終目標(biāo).從教學(xué)實(shí)際來看，部分學(xué)生在面對(duì)真實(shí)的物理問題時(shí)，很難靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí).要實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效遷移與應(yīng)用，還需教師在探究式教學(xué)中融入更多遷移應(yīng)用的環(huán)節(jié).

以魯科版高中物理必修第二冊(cè)第3章“圓周運(yùn)動(dòng)”為例，首先，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生回顧“水流星”雜技表演，要求學(xué)生運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律如向心力公式、繩球模型中的力學(xué)分析等，科學(xué)解釋雜技表演中的物理現(xiàn)象，強(qiáng)化知識(shí)理解的同時(shí)，為知識(shí)遷移作好鋪墊.其次，教師應(yīng)該設(shè)置新的問題情境，如小球在豎直光滑圓環(huán)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，要求學(xué)生分析并討論小球通過最高點(diǎn)的條件，鼓勵(lì)學(xué)生將“繩球模型”遷移到新的情境中，學(xué)會(huì)在更復(fù)雜的物理情境中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，提升問題解決能力.最后，為了進(jìn)一步鞏固和拓展學(xué)生的模型運(yùn)用能力，教師應(yīng)該布置課后探究任務(wù)，如探究“繩球模型”與平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)合問題，或?qū)Ρ确治觥袄K球模型”與“桿球模型”的異同及適用條件，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于更多的物理情境，培養(yǎng)他們?cè)趶?fù)雜問題中識(shí)別、選擇和應(yīng)用物理模型的能力.

4結(jié)束語

綜上所述，探究式教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的有效方法.教師通過情境創(chuàng)設(shè)、問題設(shè)計(jì)、活動(dòng)探究、總結(jié)反思和遷移應(yīng)用等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)化實(shí)踐，不僅能夠加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解與掌握，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力、推理論證能力、對(duì)比辨析能力和模型運(yùn)用能力，從而提升學(xué)生的科學(xué)思維.未來，高中物理教師應(yīng)繼續(xù)深化探究式教學(xué)實(shí)踐，創(chuàng)新教學(xué)方法與手段，為培養(yǎng)更多具有科學(xué)精神和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1］姚輝序.核心素養(yǎng)背景下物理課堂問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)策略研究[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)（下旬刊），2021（05）：208-209，211.

[2］鐘明亞.探究實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用：以“通電導(dǎo)線在磁場中受到的力”為例［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2022（11） ：56-58.

[3]高秀麗.促進(jìn)科學(xué)思維培養(yǎng)的情境探究式教學(xué)設(shè)計(jì)：以人教版“超重和失重”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（26）：38-40.

[責(zé)任編輯：李 璟]