基于科学思维培养的物理课堂教学设计——以《超重与失重》教学为例

刘湘衡

（广东省中山市实验中学，广东中山 528403）

引 言

培养学生物理科学思维对促进物理科学的发展、提升学生科学认知水平具有积极意义。高中物理核心素养也将培养学生科学思维能力作为重要的内涵之一，教师要基于学生科学思维培养的重要意义，深入了解读物理科学思维的基本内涵，优化物理教学设计，寻求学生科学思维培养的有效路径。

一、物理科学思维内涵阐释

（一）模型建构

模型建构是指学生基于物理事实与既有的学习经验，通过建构理想化、科学化的模型，对物理现象进行抽象化概括，将自身的思维凭借模型从感性不断向理性推进，从而促进自身物理的科学思维发展[1]。

（二）科学推理

科学推理是学习者进行思维活动的过程，通过对物理现象、实验数据等进行提炼、概括、研判、推理、验证等思维活动，培养学生物理思维的严谨性与科学性，从而发展学生的物理科学思维。人们对物理科学的认识是渐进的，这就导致了人们认知的有限性，当一个观念或者发现提出后，我们需要借助物理实验、物理定律等，开展逻辑思维活动，从而检视物理观念与发现的科学性。

（三）质疑与创新

质疑与创新是科学思维的内涵，它是在对物理事实、数据进行科学推理与验证的基础上提出疑问，进行批判活动，并提出创造性观念。质疑与创新是推动物理科学不断向前发展的关键，也是培养创造性人才的关键。

二、基于科学思维培养的物理课堂教学设计

本文以《超重与失重》一课为例，简要阐释了基于科学思维培养的物理课堂教学设计。

（一）构建科学思维情境，调动学生生活经验

在物理学习过程中，科学思维的发展与兴趣直接相关，只有调动学生积极的学习兴趣，才能提升学生科学思维活性。因此，在高中物理教学过程中，我们要改变传统物理教学单调的现状，注重构建科学思维情境，借助学生熟悉的生活现象，为学生的物理学习搭建场景，或者借助生活现象帮助学生建立起模型，降低学生学习物理的难度，促使学生借助生活经验，发展物理科学思维。

在《超重与失重》一课的导入环节，笔者借助多媒体展示电梯里的超重现象，引导学生注意观察、记录电梯升降过程中弹簧秤的读数与静止时读数的对比，将问题有机地渗透在情境中：电梯在运动过程中，弹簧秤读数是如何产生的，表述的是一个什么物理量？弹簧秤示数的改变说明了什么问题？

笔者借助学生熟悉的生活中的现象，构建了物理学习情境，建构起超重与失重的生活化模型，使学生对超重与失重获得了感性认识。在此基础上，笔者引入超重与失重的概念。这样的导入不仅水到渠成，也有助于激发学生的思维，使学生产生进一步探究的愿望。

（二）搭建科学思维载体，引发学生探究愿望

学生物理思维不是凭空产生的，需要借助合适的载体进行引领。这就需要教师在物理教学过程中，注重搭建科学思维的载体，如设计问题、任务，发挥问题引领作用以及学习任务的驱动效应，将物理教学知识有机地融合在学习任务、问题中，引领学生凭借载体展开学习活动，从而为学生的思维提供明确的导向，提升学生物理学习的目的性与有效性。

《超重与失重》一课在导入基础上，可以引领学生回到生活中，让学生列举生活中的超重、失重现象，并自然地引发出问题：产生超重和失重现象的实质是什么呢？教师从生活中的现象引入，使学生的思维从感性逐步成长为理性；让学生自己列举生活中的超重、失重现象，深化学生对失重、超重现象的理性认识，并在生活中失重、超重现象的帮助下，进行提炼，为问题的提出进行思维铺垫；问题载体的运用则明确了学生学习活动，使学生思维的发展有了明确的方向。

（三）优化物理实验活动，促进学生自主建构

实践出真知，学生物理思维的发展离不开实验教学，物理教师要结合学生的学情特点与物理教学内容，设计科学的物理实验活动。物理实验教学设计要突出学生的主体地位，为学生创造动手实践的机会，让学生在实验中获得丰富的体验。不仅如此，教师还要进一步丰富物理实验的类型，除了物理演示实验外，还要积极开展探究实验、微实验、模拟实验等，从而激发学生参与实验学习的兴趣，促进学生科学思维的发展。

例如，《超重与失重》一课提出“产生超重和失重现象的实质是什么”的问题，为了帮助学生进行理性推理，笔者设计了实验：探究超重、失重实质。

实验方案采用填空式设计方式：（1）实验器材：弹簧秤、钩码。（2）装置：（画出实验装置图）。（3）按照以下步骤观察、记录弹簧秤的示数如何变化？

步骤1：静止；加速上升；减速上升。

步骤2：加速下降；减速下降。

在学生实验的基础上，笔者再引导学生根据实验操作与数据进行总结，最后引导学生运用所学知识——牛顿运动定律对实验展开分析，从而得出超重、失重实质、运动性质等。

实验设计改变了传统物理灌输式的教学方式，教师不再是单向地向学生灌输物理知识，而是让学生动手实验，让学生主动建构，从而强化学生动手实践的意识；借助牛顿运动定律既有的知识储备，架构起学生新旧知识之间的桥梁，促进学生物理知识的有机融合，使学生的科学思维变得系统起来，从而有效地提升了学生的科学思维品质。

（四）注重课堂总结拓展，实现学生的思维升级

在高中物理教学过程中，教师往往会忽视课堂总结环节，拓展形式简单化，这不利于学生科学思维的升级。在高中物理教学过程中，我们要优化课堂总结环节，借助知识树的形式，引导学生梳理课堂所学知识，从而形成系统的知识链。在总结环节的设计方面，我们可以结合练习改变教师总结的方式，引导学生自主总结，从而促进学生科学思维的发展。

《超重与失重》一课的总结，我们可以借助以下表格题引导学生自主进行梳理（如表1）。

表1 《超重与失重》重点知识表格

在拓展环节上，为了提升学生的思维品质，笔者设计了一个小实验：现有侧面打孔的一次性水杯，装水后将其抛向空中，试分析其在空中运动过程中水是否会从小孔流出？请设计出一个实验方案，并说明其中涉及的物理知识与原理。

结 语

总之，学生物理科学思维发展不是一个短效、简单的工作，需要我们基于科学思维内涵，有机地结合学情与物理教学实践，促进学生自主建构能力的发展与创造能力的成长。