核心素养导向下高中物理科学思维能力的培养

福建省三明市永安市第三中学 许荣佳

如今，学生的科学思维水平相对较低。在问题解决中，许多学生只会简单套用公式，不会进行灵活思考。同时，部分学生不善于进行科学论证，其原因主要归咎于教学中不重视学生科学思维能力的培养，以“讲授式”教法为主，将过多精力放在了概念、公式等内容讲解上。在这样的背景下，我们需要积极探索培养学生科学思维能力的有效途径。

一、创设课堂情境

一个好的情境，能大大提高课堂教学效果，激发学生科学思维兴趣。课上，为开启学生思维，要紧密联系学生实际生活，精心创设生活化情境，用生活现象或生活事例说明物理规律，让学生学会灵活思考。同时，要根据教材内容，精心创设多媒体情境，用多媒体播放合适的影片情节等，鼓励学生认真观察，有针对性地唤醒他们的科学思维。另外，为保证学生养成良好科学思维习惯，能主动进行一定的思考，要注意创设故事情境、表演情境等趣味性较强的教学情境，于丰富多彩的课堂情境下引导学生科学思维的发展。例如，“走进运动的世界”一课教学时，可提前搜集《科技之光》《动物世界》电视片段，在课堂导入环节为学生播放雄鹰在空中飞翔、飞机在天空划过、卫星在宇宙运行、汽车在公路飞驰等反映物体运动的有关画面。基于这样一个情境，请学生综合分析，并回顾已掌握的机械运动知识，提出一些关于运动的话题。其间，学生将运用分析综合等科学思维方法提出自己的想法。在这个过程中，有的学生将提出这样一个有关运动的话题：“如何描述物体的机械运动？要从几个方面去描述？”结合这个运动话题，继续为学生播放2003 年10 月15 日第一艘飞船成功升空的视频，请学生思考：假如你是文学家，你如何描述它的运动？其间，可指导学生参照2003 年10 月17 日光明日报中文学家的描述内容。课堂导入中，通过创设课堂情境，能让学生科学思维能力得到较好锻炼，使他们更善于灵活思考。

二、善用问题导向

当学生具备科学思维以后，他们能针对相关物理问题提出自己的创造性见解。为保证学生思维参与度，要精心设计课堂问题。面对有连贯性的问题链，学生将展开自发思维活动，自主进行推理。问题链的设计要符合学生认知水平。同时，要注意抓住学生不正确的认知进行提问，引发他们积极思考。其间，可指导学生积极展开反向思维，以相对灵活的思维方式解决问题。另外，要善用问题对学生思维形成正确指引，助力他们准确表述自己的思维，最终养成良好的科学思维能力。例如，在“重力与重心”一课教学时，可提前布置学生复习初中的有关力的知识，并做好教材新知预习。课上，先要求学生自主阅读教材内容，再回答这样一个相对简单的问题：“自然界中四种基本的相互作用是什么？重力、弹力、摩擦力是怎样产生的？”面对这个问题，学生将展开积极思考，并准确表述自己的思维：“自然界中四种基本的相互作用有万有引力、电磁力……”接着，可继续引导学生回顾初中学过的重力知识，并阅读课文中重力部分，思考这样一个问题：“如果地球附近物体不受重力作用，会怎样？”问题思考中，学生将用具体例子做证据，推理没有重力的景象。随即，可继续追问学生：“实验室里、生活生产中测量重力的方法有哪些？”再提问学生：“如何计算重力大小？重力方向有什么特点？”步步设问，激励学生主动展开科学思维活动，探寻问题答案。

三、增加课堂互动

课堂互动能让学生科学思维能力有所提升。以往教学中，学生始终处于被动接受知识的学习状态，学习效率低且思维参与度不高。针对这个问题，要精心设计课堂互动环节，营造良好师生互动空间，并在每一节课上给学生预留5 分钟自我展示时间，鼓励某个学生扮演“小老师”角色，上讲台讲授新课知识，再对他们所讲授的内容做补充。这样能显著提高学生思维参与度，鼓励他们积极思考，质疑创新，自行归纳总结相关知识点。同时，课堂互动中，可适时安排小组合作学习任务，借助任务驱动学生形成思维上的碰撞，让他们慢慢形成良好的科学思维习惯。例如，在“平抛运动”一课教学中，可以课堂互动方式启发学生进行科学推理，发展他们的科学思维。课上，先拿出提前准备好的小球，将小球放在桌上，用力击打桌子，使小球以一定水平初速度离开桌面，请学生仔细观察小球平抛运动轨迹。观察中，学生将发现小球的运动轨迹是一条曲线。接着，可要求学生继续结合平抛运动，分析小球在竖直方向上的受力情况。其间，通过思考，学生将分析出小球只受到重力作用。然后，可继续与学生进行互动，请他们说一说哪种已经学过的运动形式只在重力作用下实现。面对这个问题，学生将回答出“自由落体运动”这个正确答案，并大胆提出自己的猜想：平抛运动竖直方向上的分运动有可能是自由落体运动。当学生提出自己的猜想以后，可引导他们以实验方式验证猜想。互动中，学生将获得丰富的平抛运动科学推理体验，养成良好科学思维能力。

四、借助科学探究

在实际教学中，为了更好地发展学生的科学思维能力，要发挥好科学探究教学活动的作用。在科学探究活动具体设计中，要针对以往教学中探究实验教学效果不佳的问题，从发现问题、分析问题、解决问题出发，组织学生参与实验探究过程，最大限度熏陶他们的科学思维。基于实验探究教学情境，可将实验探究内容录制成短视频，方便学生直观观察实验，顺利完成对实验的探究和论证。另外，可进行分组实验。在实验器材相对充足的条件下，将学生分为若干个学习小组，要求他们以小组为单位，合作设计实验方案。另外，可根据实际情况，组织个人实验探究活动，于探究未知中提升学生科学思维。例如，在“电流”一课教学中，可先请学生自学教材，认识电流、电流符号I 和单位A，学习电流公式I=U/R。接着，对比实物，讲授电流的测量知识点。当学生掌握电流测量方法以后，安排他们进行分组实验，将全班学生分为若干个学习小组，向他们分配这样一个探究任务：测量通过灯泡的电流，正确探究出电流值。分组实验中，指导学生先画出对应电路图，再连接电路，用电流表测量电流值。同时，要尝试改变电源电压，再次测量。分组探究中，学生将集思广益，形成思维上的碰撞，在科学探究体验中养成良好的科学思维，正确推理出具体电流值。

五、培养模型建构

在对学生科学思维能力进行培养时，要把握好模型建构环节。课上，可先向学生简单介绍过程模型、状态模型、物质模型、结构模型几种模型分类。待学生掌握了模型分类以后，有针对性地为他们布置模型建构任务，要求他们利用物理模型分析、解决问题。模型建构过程中，学生将在不知不觉中建立起良好的形象思维，养成一定的科学思维能力。但是，在模型建构活动具体开展过程中，要充分考虑学生的认知规律，且要在适当情境下出示模型建构任务内容，灵活应用各种模型揭示物理现象，以取得较好的科学思维培育效果。例如，“能量的多种形式”一课教学时，为较好地发展学生科学思维，可设计一个模型建构比赛。赛前，提前为学生准备好气球、橡皮筋、木板小车等所需材料。接着，要求学生发散自己的思维，动手操作，用一些简单的物品让小车动起来。模型建构中，有的学生尝试把气球吹胀，将其放在小车尾部，再把气球放气，用气流形成的能量推动小车；有的学生尝试用钉子把橡皮筋固定在桌子一端，再用橡皮筋的另一头绑住小车，用橡皮筋的弹力（储存在橡皮筋里的能量）牵动小车；还有的学生尝试把帆架在小车上，用风能让小车动起来。其间，鼓励学生相互分享自己构建的模型，谈谈模型建构思路。整个模型建构活动中，学生不仅能真切体会到能量的多种多样，还将从中实现思维水平的提高，提升科学思维。

笛卡尔曾说：“我思故我在。”日常教学中，对学生科学思维能力核心素养进行培养尤为重要。课上，为提高学生科学思维水平，要精心创设合适的课堂情境，并善用问题驱动学生学会灵活思考。同时，要注意增加师生互动机会，科学安排一些科学探究活动，并指导学生建构相应模型，以保证他们能力得到有效提升。