基于科学思维的高中物理实验复习大单元教学方案探究

章小强

【摘要】高中物理实验教学是高中物理教学的重要内容，科学思维作为高中物理学科核心素养，对高中物理实验教学具有重要促进作用.本文以基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学方案探究为研究主题，分析科学思维对高中物理教学的促进作用和大单元教学法在高中物理实验复习教学中的应用意义，探索课前设计物理实验复习大单元教学方案、科学划分高中物理实验复习单元和通过教学反思及时优化教学模式的教学策略，以期为高中物理教师的物理实验复习教学提供参考.

【关键词】高中物理；实验教学；大单元教学

1 科学思维和大单元教学法

科学思维是高中物理学科的重要核心素养，科学思维是指学生了解科学本质，掌握科学规律，阐述事物之间的相互联系和采取间接或直接概括的方式表述科学原理的素养.科学思维的四大要素分别为模型建构，科学推理，科学论证和质疑创新.对于高中阶段学生来说，科学思维主要包括学习方法，批判思维和创新意识三个重要内容.

学习方法是指学生在面对新的情境或具有挑战性的任务时所表现出来的在思维认知方面的综合能力，包括学习兴趣，学习习惯，思维方式，研究路径等.批判性思维则是指对任何事物都保持足够的好奇心和开放性态度，具有探索精神和批判精神，对于教师或教材给出的结论敢于质疑，能够通过科学探索发现问题并解决问题.创新意识是指学生具备创新精神，愿意探索新方法解决旧问题，积极培养联想思维、收敛思维、发散思维等高阶思维品质，为创新创造活动打好思维基础［1］.

大单元教学法是一种新型的“化零为整”式的教学方式，是将相关联的知识整合到同一单元中进行教学的创新方式，是课程改革背景下高中物理学科核心素养培养的必然要求.高中物理教师通过分析高中物理实验的实验方法、实验用具等内容，将使用了相同的实验方法、实验用具或采取了类似实验观念的高中物理实验放在一起复习，一方面帮助学生更好地理解实验教学内容，减轻物理实验知识记忆负担.另一方面帮助学生建立物理知识之间的联系，顺利形成物理知识框架，对学生的物理学习提供重要推动作用［2］.

2 科学思维方法对高中物理教学的促进作用

2.1 深化物理观念

科学思维对学生的物理学习有重要帮助，一方面学生能将自身低阶认知能力升华为高阶思维能力，从而提升利用所学知识解决实际问题的能力，例如学生在发展科学思维的过程中提升联想能力，能根据实际生活中遇到的问题抽象出物理应用题目，从而利用所学物理知识解决实际问题.例如学生在发展科学思维的过程中提升对比分析能力，从而能够从日常生活中的不同現象中识别出现象背后所蕴含的物理知识，从而更深刻地理解物理知识在实际生活中的体现和应用.另一方面，学生在发展科学思维后，其物理观念会进一步深化，学生对物理的认识更深刻，激发学生学习物理的热情［3］.

2.2 形成正确的科学态度

科学思维对学生未来的学习、生活和职业发展都有重要的助力作用，学生在培养科学思维的过程中，对客观世界的物质联系有更深入的认识，从而在潜移默化中形成正确的科学态度和严谨的探究精神.另外，学生还会形成社会责任感，从而实现学生的全面发展.对学生的未来发展来说，形成正确的科学态度不仅对其大学期间的学习研究有重要的促进作用，还能有效提升学生毕业后在职场中的竞争力，从而更好地实现自我价值.

2.3 助力学生核心素养形成

高中物理学科核心素养包括物理观念，科学思维，科学探究和科学态度与责任四个方面，其中科学思维是高中物理学科四大维度核心素养体系中承担承上启下作用的关键思维.一方面，学生要在形成物理观念的基础上发展科学思维，另一方面，学生发展科学思维后，又会进一步深化学生的物理观念，促进学生养成科学探究习惯，形成科学态度.所以，培养学生形成科学思维核心素养，对学生形成其他三个维度的核心素养具有积极的促进作用，有利于新课改的实质性落地.

3 大单元教学法在高中实验复习教学中的应用意义

高中物理实验复习大单元教学方式的应用可概括为三阶段和九环节，三阶段分别为课前阶段、课上阶段和课后阶段.课前阶段的学习任务主要由学生承担，课前阶段的包含三个环节，分别是任务清单环节、自主复习环节、小组合作环节，即：学生提前预知教学内容，根据教学内容复习物理实验内容并通过小组合作的方式解决一部分问题；课中阶段主要由教师引导学生开展，课中阶段包含三环节，分别为成果交流环节、总结归纳环节和达标检测环节，即教师引导学生通过班级交流和教师归纳总结帮助学生查缺补漏，以比较高的效率完成高中物理实验教学；课后阶段的学习任务主要由学生承担，课后阶段包括三个环节，分别为纠错夯实环节、巩固提升环节和实战测试环节，即教师根据教学具体情况为学生设计课后作业，学生及时复习巩固课程内容并完成课后作业.

4 基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学策略

4.1 课前设计物理实验复习大单元教学方案

物理实验复习大单元教学要求高中物理教师分析高中物理所学习的所有物理实验，找出不同物理实验之间的共同点，设计科学合理的物理实验复习大单元主题，提升物理实验复习教学的连贯性和整体性.一方面，高中物理教师要明确重点实验和非重点实验，优先以重点实验的重点内容作为物理实验复习大单元主题，帮助学生明确复习重点和提升物理实验复习效率；另一方面，高中物理教师要科学划分高中物理实验复习单元，既要保证物理实验复习单元最大限度地涵盖所要复习的物理实验.

高中物理教师在设计教学方案时，还应关注教学内容.物理实验复习与物理实验教学有很大不同，一方面物理实验教学要求教师详细讲解相关知识并指导学生演绎实验过程，物理实验复习教学则要求教师找准教学重点，以启发学生思维和培养学生形成科学思维为教学目标；另一方面物理实验教学一般用时较长，而物理实验复习教学的教学时间比较紧张，一般来说一节课复习一个主题的物理实验，而同一主题的物理实验大概包括5个以上的物理实验.由于大单元教学是新兴教学方法，且将大单元教学应用于物理实验复习教学的公开案例不多，高中物理教师大多对此经验不足，所以笔者建议此时充分发挥物理学科教学研究小组的作用，集全校高中物理教师之力，研究教学方法，设计可推广的教学方案，为本校高中物理教师开展物理实验复习大单元教学提供科学指导，提升物理实验复习大单元教学的规范化和标准化［4］.

4.2 科学划分高中物理实验复习单元

在基于科学思维的高中物理实验复习大单元教学实施过程中，如何提升教学效率，减少复习课时是一线高中物理教师面临的主要问题，而有效解决上述问题的关键举措便是科学划分高中物理实验复习单元.高中物理教师可以根据实验方法、实验观念、实验用具等划分高中物理实验复习单元，以实验方法为例，高中物理教师可以将高中物理实验划分为描迹法、转换法、外推法、控制变量法、等效法、放大法、图象法等单元.

例如 以描迹法为例，教师可以以描迹方法为主题开展高中物理实验复习教学.例如，单摆振动实验中，需要在漏斗中填装细沙，随着漏斗的摆动，漏斗中的细沙洒落在硬纸板上，学生观察硬纸板上细沙的洒落痕迹便可了解单摆振动曲线.例如自由落体实验中，在小球自由落体的过程中，闪光相机能记录小球的位置，学生利用闪光相机的快门时间和小球坠落位置计算小球的自由落体情况，学生通过观察小球坠落的图片可更直观地感受小球的下落过程，从而更真切地体会自由落体运动的性质.又如，能量守恒实验中，学生利用复写纸记录小球的落点位置.除了高中物理实验所涉及的描迹方法，教师还可以通过为学生拓展教学内容的方式补充其他描迹法，帮助学生扩充知识量并提升课堂趣味性，例如教师可以为学生补充利用X射线机、超声监测仪器等将物体或人体内部相关信息表现出来的方法.教师在补充额外知识时，一方面要控制拓展内容的难度和深度，教学事例要与学生实际生活相接近或易于学生理解；另一方面由于拓展性内容不在考试范围内，所以教师在选择拓展内容时要兼具趣味性和启发性，提升学生的学习迁移能力.

例如 以外推法为例，教师可以外推法为主题开展高中物理实验复习教学，外推法是一种假设推理方法，是指将某个连续变化的物理量外推到一个假想的极限，使题目隐含条件和矛盾快速暴露出来.例如伽利略自由落体研究中，伽利略并非一开始就研究物体的自由落体运动，而是先研究物体在光滑斜面上的运动，然后逐渐增加斜面坡度，由斜面運动外推至无斜面的自由落体运动.例如把地球视为巨大拱桥外推到近地人造地球卫星的情形.学生掌握外推法后，不仅能提升对物理实验的理解，还能利用外推法提升解题效率，从而提升物理成绩.教师在讲解物理实验方法时，不仅要为学生讲解该物理实验方法的来源和巧妙作用，还要与物理学习相联系，提升学生的科学思维，从而令学生在面对物理难题时采取与物理实验方法相同的解题方法快速找出题目隐含条件和矛盾，从而快速解题.

4.3 通过教学反思及时优化教学模式

基于科学思维的高中物理实验复习大单元教学是一种比较新颖的教学方式，教师教学经验不足，所以教师要及时通过教学反思来优化教学模式.教师可以通过开展微课教学收集学生意见和利用测试检验教学效果的方式完成教学反思.首先，教师开展微格教学，记录自己的教学过程，课后仔细观看教学过程录像，自我反省教学过程存在的不足并思考优化提升策略，不断提升开展高中物理实验复习大单元教学的能力，教师还可以邀请同事对自己的教学视频给出专业评价和建议.其次，教师可以收集学生意见，询问学生的学习体验，要求学生给予最真实的反馈，教师根据学生意见不断改进，不断提升教学质量.最后，教师应该利用测试检验教学效果，对于高中学段的学生来说，在高考中取得好成绩是最紧迫的诉求，所以教师在培养学生核心思维的同时，应该关注学生的物理分数，提升学生在高考中的竞争力.教师可以在学生参与实验复习大单元教学之前完成与教学内容相关的测试，记录学生的成绩，然后在学生完成实验复习大单元教学后，再要求学生完成难度相仿、题型类似的测试，记录学生的成绩，根据成绩判断学生的物理知识水平是否得到有效提升［5］.

5 结语

科学思维是新课改要求高中物理教师在教学中必须要培养学生形成的重要思维，对学生的物理学习和未来发展都有重要意义.大单元教学法是将具有共同点的教学内容放在一起学习，帮助学生提升对比思维、迁移思维和联想思维等优秀思维品质，为学生提供“由零到整”的学习体验.高中物理教师在科学思维培养要求的指导下，利用大单元教学法开展高中物理实验复习教学，对提升高中物理实验复习教学效率和学生的学习效果有重要意义.

参考文献：

［1］刘洋.高中物理教学中科学思维培养的策略研究［D］.辽宁师范大学，2021.

［2］岳宝良.基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学方案的实践策略［J］.文理导航（中旬），2021（11）：35-36.

［3］张美荣.指向科学思维培养的高中物理大单元设计研究以《牛顿第二定律》为例［D］.湖南师范大学，2021.

［4］焦琪.高中物理实验教学中学生科学思维能力的培养［D］.哈尔滨师范大学，2022.

［5］宋庆通.大单元教学在高中物理教学中的应用研究［D］.青海师范大学，2022.