高中物理教学中学生科学思维能力的培养研究

2022-11-24张伟艺福建省云霄元光中学363300

教学管理与教育研究 2022年17期

张伟艺（福建省云霄元光中学 363300）

就高中物理学科而言，科学思维是指从物理学角度出发，客观、公正地认识事物的基本属性，探寻事物的发展规律，理清事物间的必然联系，通过辩证分析、逻辑归纳等方式学习物理知识的能力。面对高中物理学科核心素养的要求，高中物理教师要从“以考试为导向”的教学模式中解放出来，引导学生从科学思维的内涵出发，在习得知识、构建知识体系的过程中形成良好的科学思维。

一、以问题引导培养科学思维

问题教学可将学生置于一个复杂、系统的问题情境中，使学生在情境中产生探究欲望，教师再引导学生发现问题线索，引导学生通过思考、交流、探究完成知识构建，在解决问题的过程中提高科学思维能力。

例如，在“静电现象的应用”这节课的教学中，教师可以从生活中常见的现象出发，引导学生思考“生活中有哪些常见的静电现象？”“梳头时头发飘起来是不是静电现象？”“脱毛衣时噼里啪啦的声音是不是静电现象？”“同学间无意碰到皮肤时产生的刺痛感是不是静电现象？”等问题，学生在回忆生活中常见现象的同时思考这些问题，激活自身思维，并参与到课堂学习中，为科学思维的培养奠定了基础。

再如，在“用传感器观察电容器的放电过程”这节课的教学中，教材上展示了用电流传感器检测电容放电的过程，教师可以提出以下问题：“为什么电流的变化率不是恒定的，而是减小的？（引导学生思考变化趋势）”“充电时，会有怎样的变化电流？（引导学生思考和对比不同的过程）”“电容器充电、放电时电压会有哪些变化？（引导学生思考电路物理量知识）”“电流、电压变化的趋势为什么是相似的？（思考欧姆定律知识点）”“电压、电流与时间的函数关系是什么？（进阶思考）”通过这一系列的问题引导，学生可以对电流、电容、欧姆定律产生更深刻的理解。

二、以真实案例增强科学思维

物理是研究自然科学的学科，主要研究物质的基本结构和运动规律，加上高中物理含有很多晦涩难懂的物理定律、抽象的物理知识、深奥的物理习题，学习难度比初中物理骤然提升，很多学生学习高中物理时备感吃力。对此，高中物理教师可以借助真实的案例让物理知识形象化，如引入物理学家的研究事迹来丰富课堂内容，引导学生认识概念、定律的形成过程等，当学生了解到这类真实案例时，其对物理学科的态度也会发生很大的转变。

例如，爱因斯坦曾提出著名的“等效原理”假说：在一个理想化的电梯内装有各种实验仪器用以开展各种测量实验，当电梯相对于地球静止时，电梯内的物体都受同一种力的作用落向地板，且各种物体的下落加速度是相同的，即电梯此时受外界引力的影响。当电梯从一个无限高的地方做自由下落运动时，电梯内的物体反而摆脱了外界引力的束缚，加速度也随之发生改变，可以随意停留在电梯内的任意空间中。通过引用这样的真实案例，将学生带入神奇的物理世界中，可以激发学生对物理知识的探究兴趣，学生的学习态度也发生了极大的转变。

又如，在“力学”相关知识点的教学中，为了解释“冲力”的概念，教师引入了这样的案例：从高处落下的鸡蛋，若落到水泥地上会摔碎，但落到海绵上就不会摔坏。然后引导学生运用学过的力学知识进行解释和分析，最终得出“冲量相同时，时间短则作用力大”等物理结论。通过这样的教学，学生对理论知识的理解更为到位了，在思考和分析的过程中循序渐进地增强了自己的科学思维能力。

三、以实验教学发展科学思维

物理实验是习得物理知识的重要途径。从当前的高中物理教学来看，很多学生死记硬背各种物理概念和定理，学习过程过于枯燥，久而久之，学习效果也大打折扣。为了解决这一问题，高中物理教师可以围绕教学内容设计有趣的物理小实验，吸引学生的兴趣，就如同陶行知先生所说：“在劳力上劳心，是一切发明之母。事事在劳力上劳心，便可得事物之真理。”

例如，在“动能与势能”这节课的教学中，教师准备了“弹簧翻跟头”的小实验：教师准备一块木板，以45°角固定好，再在木板上放一根塑料弹簧，用手捏住弹簧上端并弯曲，形成“∩”形，松开弹簧后就会发现弹簧不停地翻转下去，就像在翻跟头一样。在演示完这个实验后，教师给学生留出足够的思考时间，引导学生用学到的动能与势能的知识点来解释这一现象，学生不难发现：当弹簧形成“∩”形后，已经完成了伸长形变，储存了一定的弹性势能，具备了收缩弹力，而当弹簧前端接触木板时，前端变成后端，弹簧在惯性作用下继续向下翻滚。可以说，弹簧的翻滚实际是动能、弹性势能、重力势能三者之间的转化，且这个转化过程是持续性的，这才使得弹簧可以一直翻滚下去。在这样的实验教学中，学生始终在观察物理现象并思考其背后的原理，这样的思考与分析过程实现了对学生科学思维能力的培养。

又如，读取螺旋测微计的读数是高中物理实验涉及较多的内容，也是学生最易出错的知识点之一，究其原因在于学生对实验仪器的使用掌握不到位。为了改善这一问题，教师可以给学生留出更多的动手操作时间，教师在阐述完实验流程、操作方法、注意事项后，让学生自行安排和布置具体操作，像如何选择实验材料、如何操作实验仪器设备、如何填写实验报告等。学生操作的次数多了，在操作时手、眼、脑就更加协调了，同时也在操作中完成了猜想、验证、分析、总结的全过程，科学思维也由此得到了锤炼。

在实验教学中，教师应做好引导，指导学生对物理现象进行科学观察、积极思考、大胆质疑，并在保证实验时间的基础上，科学展示数据处理的方法，以便于学生掌握实验方法，具备自主进行实验的能力，在实验活动中提高科学思维能力。

四、以探究活动巩固科学思维

在高中物理教学中，仅仅让学生掌握物理概念、定理是远远不够的，还必须让学生在解决问题的过程中增强解题能力，把物理知识应用到实际问题的解决中。高中教师可以在教学中适当穿插一些习题，引导学生在解答题目的过程中提炼和总结解题技巧，调动学生的积极性与能动性。在这一过程中，教师不能直接把答案交给学生，而是要让学生主动探究，自主发现问题背后隐含的条件，从而发现已知知识与问题的结合点，找出问题的答案。

例如，在教学电荷相关知识时，教师可以向学生展示练习题：“两个完全相同的星体，在其连心线的中点处将一物体沿连心线垂直方向抛出，若忽视阻力，则该物体会（）。A.一定永远离开星体；B.最终落在某一星体上；C.最终落回抛出点；D.在抛出点附近做往复运动。”这道题目乍一看与电荷知识点并不搭边，但学生在分析这个问题时完全可以将题干中“两个完全相同的星体”视为两个固定的同种电荷，将抛出物视为与星体不同种类电荷的带电体，然后根据万有引力和库仑定理的相似性得出答案。在这道题目的解答中，学生可以从题干中得到隐含条件“两个星体是完全相同的，即两个星体的电荷也是完全相同的”。此时，学生立刻就会联想到库仑定律，再将万有引力定律和库仑定律联系起来，就解决了这一问题。

又如，在“平抛运动”这节课的教学中，教师可以设计这样的探究活动：把学生分成若干个学习小组，以小组为单位总结生活中常见的平抛运动，如泼水时的水流、篮球落地时的弧度等。在课堂上演示这类案例并不难，但学生还要利用平抛运动轨迹曲线的坐标、重力加速度等数值来计算平抛运动的初速度，学生在分小组探究的过程中，互相提醒、互相帮助，弥补了个人素养、能力不足的问题。同时，学生自主演示平抛运动的轨迹，根据数据计算初速度，有效弥补了单纯知识传授存在的印象不深刻、理解不到位等问题，有效丰富了知识形成过程，增加了知识应用经验。这样的探究活动不但激活了知识习得的过程，也活跃了课堂氛围，备受学生欢迎。

五、以科学评价鼓励学生科学思维

在当前的高中物理教学中，教师多采取量化评价的方式，在评价上重点关注学生的物理知识掌握情况，对学生科学思维能力不够重视。对此，为了促进学生科学思维能力的培养，高中物理教师也要改进传统的教学评价方式，建立以促进学生全面发展为目的的评价机制。

在构建评价机制时，高中物理教师应将科学思维能力作为评价指标之一，把物理教学评价从知识层面转移到思维和能力层面，对学生发现问题、剖析问题、解决问题的过程和结果进行总结。同时，高中物理教师也应把终结性评价转变为形成性评价、诊断性评价，并关注学生间的个体差异，全面掌握学生科学思维发展水平，结合学生实际情况做出合理评价，并将之作为改进课堂教学的有效依据。