基于科学思维培养的高中物理教学策略研究

摘 要：科学思维培养是高中物理学科核心素养培养的题中之义，主要体现在推理论证、创新及质疑等多方面，是学生深入理解及把握客观事物内在规律与本质属性的重要保障。加强科学思维培养是助力物理课堂顺利开展的基石。文章在对科学思维进行简述的基础上，明确了其在高中物理教学中的培养意义，提出一些培养学生科学思维的教学策略。

关键词：高中物理;科学思维;培养策略

中图分类号：G427                                文献标识码：A                                       文章编号：2097-1737（2022）30-0055-03

引  言

作为一门重思维、重实践的课程，物理同社会大众的生活实际之间具有非常紧密的联系。尤其是进入高中阶段的物理课程学习后，物理知识不仅在“数量”上有了极大提升的变化趋势，在“质量”方面也有了大幅度升级，抽象性、创新性等学科知识及类型题大大增加。此时，教师如果继续遵从传统的授课方式，忽视对学生思维能力及核心素养的培养，就无法从根本上提高学生的物理学习能力，无法真正实现“真教”这一教学目标。对此，教师应以核心素养培养为指导，强化对学生科学思维的专项培养，助力物理高效课堂顺利构建。

一、科学思维概述

科学思维是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》下高中物理学科核心素养培养的基本指标之一，也是确保物理学科教学向高质量发展不可或缺的条件之一。所谓的科学思维，是指学生通过参与物理学科的学习实践活动逐步形成立足物理学科视角对所遇到的客观事物进行认知的能力。科学思维属于一种高阶思维方式，需要学生充分调用自己过往的学习经验、经历等，通过抽象分析、推理论证和概括总结来构建理想模型的一种思维方式。而学科思想方法同样可以划归到科学思维这一范畴中，涵盖了质疑、创新、论证、推理等思维活动要素，是助力学生高阶思维能力发展不可或缺的思维品质或能力。

二、高中物理教学中培养科学思维的重要性

思维在整个物理课程学习中占有重要的地位。无论认识、理解物理课程知识以及求解物理问题，还是对现实生活中的各种物理现象进行解释等，都涉及科学思维的运用。学生离开了科学思维的支持，就无法深刻理解物理知识的内涵，更无法有效促进自身创造力、推理论证等关键能力的发展，最终会影响对学生物理学科核心素养的培养。教师如果结合物理教学实践活动，有目的地设计一些有利于培养学生科学思维的教学活动，就可以有效解决当下高中物理灌输式教学模式应用中存在的问题，有效激发学生物理学习兴趣，降低他们理解物理知识的难度，提高他们的物理问题分析及求解能力。此外，基于科学思维的培养，教师可以从根本上促进学生的物理学习力提升，逐步培养学生物理学习自信心，提升学生自学能力和探究能力等物理综合素质，最终在助力学生发展物理学科核心素养的同时，使物理课堂教学高质量发展。

三、高中物理教学中培养科学思维的具体策略

（一）培養学生科学态度，夯实科学思维培养基础

科学态度是培养学生科学思维的基础，是一种在求知过程中所表现出来的严谨、认真或者刻苦等良好的品质[1]。学生只有具备科学态度，才能够更好地促进自身科学思维的发展。物理学科本身包含着丰富的科学知识。为了更好地学习及理解物理学科知识，学生要秉承严谨、认真的学习态度，主动积极地参与到各种各样的物理探究学习活动中，积极思考，深度学习。教师在物理教学过程中要注意有计划地指导学生形成科学态度，使他们正确理解及明确物理学科的本质属性及内涵等。这就需要教师在各个教学环节全面融入科学态度培养理念，夯实学生科学思维培养基础。

具体来说，教师可以在物理新知导入环节或者实验教学环节等有效地融入科学态度培养理念，使学生意识到知识的探寻过程或者实验操作等都要贯彻严谨、认真、科学的态度，否则会对最终学习或实验成果带来负面影响。例如，在教学“自由落地运动”内容时，教师可以结合伽利略探索“自由落地运动”的相关故事及事迹，使学生清楚地了解伽利略在探索科学实验过程中所做出的各种各样的努力，以及其身上所展现出来的严谨、科学、认真乃至坚持不懈等良好的品质与态度。这些拓展性知识在课堂教学中的融入，不仅可以对课堂教学内容进行补充，增强教学趣味性，还可以借助故事讲述使学生感受到这些伟大物理学家身上所秉承的良好科学态度，这些都可以助力他们科学态度的养成。此外，教师还要注意充分强化自身的“身教”作用，即在备课、教研或者课堂教学过程中始终注意规范自己的言行举止，尤其要注意向学生传授严谨、科学及认真等思想，这对他们科学态度的养成有积极意义。例如，教师在课堂上为学生演示各种物理实验时，要注意对自己的各项实验操作流程进行规范，并告诉学生不规范操作可能会带来的危险或不利影响，助力学生科学态度的养成。

（二）有效开展情境教学，引发科学思维认知冲突

基于建构主义可知，学生在学习物理知识的过程中对物理概念、性质乃至规律等的认知及理解都是建立在他们已有学习和生活经验的基础上，以及结合同伴或教师的辅助来进行主动构建的。而科学思维的培养必须立足引发学生科学思维的认知冲突，让他们有所思、有所想，这样才能实现科学思维培养目标。而情境创设是引发学生认知冲突的有效手段，具体就是教师要结合学生自身年龄及学习特征、物理知识学习基础等实际情况，科学创设真实的生活化、媒体化等类型的情境，促使学生在课堂学习中积极投入内在情感，引发自己的认知冲突，在主动构建物理分析模型或者求解问题的过程中提高自身的思维能力，助力自身科学思维的发展。

例如，在教学“力的分解”这一内容时，为了引发学生的认知冲突，教师可以巧妙地应用体验情境、问题情境等多样化的情境创设法，引导学生联系自身的生活实际，在情境启发下积极开展思考和深度学习活动，更好地助力学生的科学思维发展。在新课导入教学环节中，教师可以指导学生张开双臂并将双臂放在两侧的桌子上面，之后让他们用双臂发力将身体支撑起来，保持双脚处于离地状态。在这个过程中，教师要指导学生认真体会身侧桌子之间的间距、手臂张开角度、手臂受力三者之间的关系。当学生融入体验活动情境后会形成“手臂张开的角度越大，就需要给予更大的支撑力来支撑身体”这一概念，教师可以借机指导学生结合自己的认知，通过认真思考对相应的体验活动原理进行分析。此外，教师还可以结合学生本身存在的认知冲突来科学地设计一些思考题，引导学生通过认真思考、推理论证、归纳和总结等过程，进一步引发认知冲突，如可以设置如下几个阶梯化或层次化的问题：（1）两个力可以采用一个合力进行等效替代，那么一个力是否可以运用两个力进行等效替代呢？（2）在对力进行分解过程中需要遵从何种法则呢？什么时候才需要对一个力进行分解呢？（3）在分解一个已知力的时候涉及哪些方式？如何确定两个分力的方向呢？通过这些问题的提出，教师可以进一步促进学生积极思考，有效锻炼他们的思维能力。

（三）加强科学探究指導，传授科学思维方式方法

科学思维的发展离不开科学思维方式方法的支持，而科学探究是学生开展科学创新活动的基础与前提，因为创新过程本质上就是思维创新性运用的环节。为了更好地发展学生的科学思维，教师就要科学地设计一系列学生感兴趣的科学探究活动，并在相应科学探究活动中有效渗透科学指导思想与理念，借助科学思维方式方法助力学生科学思维的顺利发展。但是在开展科学探究活动期间，教师要注意立足促进学生探究能力和科学思维发展视角，灵活地采用实验探究任务、课外实践活动或者课程教学内容优化等方式，使学生在整个物理课堂教学活动中可以积极思考，彻底摆脱传统的“唯教材论”或“唯教师论”等理念，确保全体学生在所设计的物理探究活动中可以大胆质疑，有效思考和深入探究，强化学生学习主观能动性的发挥，促进学生科学思维的发展[2]。

例如，当下物理教材中关于“点电荷”本身所形成电场的介绍不够详细，如缺乏明确的公式对电场之中的电势大小情况进行界定，仅仅是要求学生学会借助电场线方向判断电势大小即可。这样仅仅是从定性分析视角使学生了解电场中电势大小的变化情况，导致学生无法深入把握内在的科学原理与机理，理解不够深刻。为了有效促进学生科学思维的发展，教师可以借助定量计算的方式，指导学生一同开展科学探究活动，帮助学生进一步深刻理解“电场之中的电势大小情况”，使学生切实明确“点电荷”本身所形成的周边电场中电势能、电势等相关指标的量化情况，更好地助力学生科学思维的形成，提高学生物理问题求解能力。此外，在对科学探究活动进行设计期间，教师要立足学生实践动手实操能力及科学思维等培养视角，设计多样化的活动，如“电池电阻与电动势探究”“速度和功变化关系探究”“碰撞中不变量探究”等，有效培养学生的物理探究能力和科学思维。或者，教师也可以充分考虑学生的喜好，紧密结合物理教材内容及学生的生活实际情况，指导他们从物理学视角来分析相关现象或者分析有关的生活化问题，如指导他们参观周边的风力发电站，同时为他们讲解电磁感应方面的知识，以此来加深他们对所学物理知识的理解，有效锻炼他们的分析问题及求解能力。

（四）立足科学思维培养，持续优化物理教学过程

为了进一步抓住物理教学时机来促进学生科学思维的顺利形成，教师要注意将科学思维培养理念贯穿于物理教学的始终，如课前自主预习环节、习题讲解环节、课后复习环节或者实验教学环节等。这些环节都可以基于科学思维培养视角进行持续改进及优化。教师要使高中物理教学中的各个环节都成为助力学生科学思维形成的重要教学阶段。

例如，在物理习题教学中，教师可以抓住物理习题处理的方式方法，指导学生对整个习题分析中的科学推理过程进行认真把握，在侧重学生物理解题能力发展的同时，有效促进学生科学思维的养成，助力学生学科核心素养顺利形成。在实际的物理习题教学及指导中，教师可以将极限思维、整体思维等多种多样的思维方法传授给学生，使学生灵活地运用极限放大或极限缩小的思维方式来推理及分析相关物理问题，快速找到相关物理问题的突破口。

例1：在某一半径是R的绝缘环上面均匀地分布电荷（电荷量是Q），而在垂直于其平面的对称轴上面存在点P，其和圆环中心相距L，静电力常量是k，试求点P处的电场强度E，正确的表达式是下列哪个选项（）。

解析：针对本道物理题的求解，教师要注意指导学生采取标准化、合理化的思维方式，以科学的思维流程及方式对整个分析过程进行表达。具体如下：假定R=0，那么可以将绝缘环本身看成点电荷，借助其场强求解公式即可确定点P场强是，之后将R=0代入其中可以发现仅仅选项A与D二者满足题干条件。如果L=0，此时P点的场强是0，之后将其继续带入选项A与D，发现仅仅选项D满足题干条件，故本道题的正确选项是D。通过这种基于有效思考开展的解题分析活动，可以促进学生推理论证能力的发展，助力学生科学思维品质的形成。

结  语

总之，科学思维培养是高中物理学科核心素养培养的要求之一，能对学生物理综合素质的发展产生极大影响。在物理教学中渗透科学思维培养理念，教师可以从培养学生的科学态度出发，注重有效开展问题情境、实验情境或媒体情境教学，确保可以引发学生科学思维认知冲突，同时还要注意加强科学探究指导，有计划地传授给学生必要的科学思维方式方法，并持续优化物理教学过程，保证全面培养学生的科学思维。

[参考文献]

【1】吴梦雷.基于培养学生科学思维能力的高中物理教学设计：以“向心力”为例[J].物理教师，2021，42（10）：8-12.

【2】杨艳，付丽丽.基于科学思维能力培养的高中物理概念教学：以“辨析万有引力和重力的关系”为例[J].中学物理教学参考，2021，50（27）：3-5.

作者简介：吴素香（1982.11-），女，福建石狮人，任教于福建省石狮市石光中学，一级教师，本科学历。