探究高中物理教学中科学思维培养的策略

郭冬环

时代在发展，教育应先行。近年来课程改革多次丰富物理学科核心素养培养体系，这证明了思维能力与素养内涵对学生学习、发展的助推作用。为此，对强化学生科学思维的培养目标进行理实融通研究，教师既应该重视运用理论内容，又应该关注教学方案的实践。教师应将科学思维与不同类型课程教学进行融合，采取循序渐进原则去实践、创新再落实，最终将学生培育成拥有高阶思维的人才。

一、对科学思维的解读

培养学生科学思维，教师应该理清核心素养体系中提及的科学思维。为此，结合对课程标准的分析，侧重四点进行说明。第一，模型建构。它应该是一种可以将概念具象化的思维方式，更是思维分析后的学习产物。高中阶段的物理模型可分为：对象物理模型，如磁场模型、波动模型等；条件模型，如光滑平面、恒定电场等；过程模型，如匀速直线运动、抛物体运动等[1]。以培养科学思维为目标，学生的模型构建水平应该分为不同等级。其中，最基础的模型构建水平应该是：学生可以理解并表达出简单的物理模型；最高的模型构建水平应该是：学生可以将复杂的问题、现象转化为物理模型。第二，科学推理。它应该是强化思维的要素，是基于判断并完成分析的过程。结合课标内容分析，高中阶段学生的科学推理能力应该是可以在问题中综合所学知识，并对问题进行分析，通过归纳、演绎、类比等方法，可以得出结论并对问题解释说明。第三，科学论证。它相较于推理更重视科学观点的应用，是依据理论内容进行解释说明。高中阶段学生科学论证能力应该是可以独立自主考虑论据的合理性与科学性，并运用证据正确解释问题。第四，质疑创新。它包含两部分，分别是提出疑问、尝试创新。高中生需要多维度审视所学内容，并尝试提出一些新的物理学观点。

二、高中物理教学中科学思维的培养策略

（一）概念教学：激发科学思维

概念教学的核心是将物理知识以及现象，通过理论解释等教学方法，让其深刻烙印在学生脑海中。通俗地讲，物理概念是体现本质特征的理论内容。对于学生而言，物理概念是科学思维的模型。为此，从以下五点完成策略总结。第一，创设前概念导学案。教师在课堂上以导学案的方式引出所学内容，学生通过对教材内容的理解，以此奠定科学思维的综合起点[2]。第二，创设概念问题情境。学懂概念、學透概念是基础，从课堂情境入手，让学生真正理解物理学中重要的概念，以此激活科学思维。第三，串联概念建构背景。为学生讲解不同学习模块中有关联的概念，使学生在脑海中形成概念连接点。此时，串联背景需要围绕声模块、光模块、热模块、电模块、力模块进行详细构建[3]，让学生在学习的过程中经历问题理解的过程。第四，比较关联物理概念。将所学物理概念进行类比，亦是学生课堂学习环节的思维活动。点出各模块中概念的相同之处，引导学生做笔记、分析，以此加强科学思维的训练。第五，活用概念图工具。即利用概念图的形式激活学生思维，帮助学生深度解读概念，最终以可视化学习形式提升科学思维。

教学案例一：“磁场 磁感线”一课是典型的概念教学。作为电磁学的第一课，学懂概念有助于学生后续更好地提升科学思维。为此，在授课前基于科学思维将本课教学目标划分为四个层面。其一，学生需要掌握并学会建立磁场物理模型以及磁感线物理模型；其二，学生通过类比电场概念进而建立磁场的相关概念；其三，学生通过类比电场线的概念建立磁感线的概念；其四，通过课堂学习进行质疑、创新。教师基于教学目标，确定本课需要运用的教学方法（讲授法、实验演示法）、学习方法（观察法、实验探究法、小组讨论法）。先完成课前导学案，而后学生自主完成问题的探究，以此奠定本课科学思维培养的重要起点。授课开始，教师以指南针作为新课导入内容，让学生通过耳熟能详的知识建立对新课的感知，并通过导学案的学习，了解本课重点内容。概念教学中，教师先为学生讲解电与磁的联系，为学生演示奥斯特实验。学生在观察的过程中再次验证结论型概念，并完成概念背景的构建。接下来的时间为学生讲述磁场的重点内容，并让学生分组进行探究型实验。此时，学生合作完成实验并得出结论。关于磁感线的概念教学，教师利用磁感线演示版以及立体演示器，采取演示的方法让学生理解、掌握通电导线的磁感线分布，此时引入安培定则。随后，教师讲解基础知识，让学生在练习中进行二次巩固。

（二）规律教学：理解科学思维

规律教学的核心是引导学生通过分析、推理、验证，以此掌握学科相关的定律以及原理。物理规律总结物理知识以及现象的成因，是基于物理概念的高阶内容。为此，从以下五点进行总结。第一，注重物理公式推导。推导区别于“灌输式”教学，在推导过程中牢记公式，更有助于学生理解物理规律。同时，学生独立完成推理与验证物理规律，能帮助学生更好地理解科学思维的内涵。第二，类比推理方法。学生在推理过程中，教师应该提醒学生以研究问题入手，以理解更深层的物理规律。此过程可以保证新旧知识的有效连接，提升思维推理能力。第三，创设认知冲突情境。科学思维培养需要规律，但是不能完全依靠规律。为此，教学过程中，教师可以借助认知冲突情境，及时纠正学生的错误认识[4]，最终让学生明白科学论证的重要性，并敢于在学习过程中质疑、创新。第四，运用所学解释问题。物理规律的学习绝对不仅仅是运用解决卷面问题，更需要学生运用所学尝试解释生活中的物理现象。教师要通过严谨的论证，引导学生将科学思维运用到今后的学习与生活中。第五，引入物理学史讨论。如学习牛顿第一定律时，教师可以围绕物理学史让学生进行调研，以此帮助学生更深层次地体会学习内容。

教学案例二：“牛顿第一定律”是典型的规律教学。作为牛顿三大定律中的基础内容，牛顿第一定律是学生力学的基石，更在力学模块教学中起着承接作用。为此，基于科学思维培养的目的，将本课教学目标设定为如下内容。其一，以生活案例或情境进行受力分析，并在分析过程中明确物体受力与运动之间的关系；其二，依托伽利略的理想实验深度掌握本课内容；其三，在实验过程中引入新的实验方法，并对问题进行质疑。本课依旧采用讲授法、实验演示法为最基本的教学方法，在此基础上运用读书指导法。采用观察法、实验探究法、小组讨论法帮助学生深度理解力和运动之间的关系。新课开始，教师先强调本课内容是在实验基础上推理概括的科学理论，并以简单的微课导学内容为学生演示。随后演示伽利略理想斜面实验（关于实验内容的详细资料可以让学生在课前完成调研，并自主进行实验资料查找，帮助学生拓宽对物理学史的掌握）。对此部分内容的学习可以强化学生的质疑精神，通过学习伽利略反驳亚里士多德的资料，引导学生在今后学习中勇敢质疑。学生对知识内容全部接收后可以继续讲解惯性的有关内容，并利用板书帮助学生理解记忆。

（三）习题教学：巩固科学思维

习题可以用来考查学生对所学知识的掌握情况，在此过程中，教会学生通过习题看到物理知识的本质，强化学生的科学思维。为此，从以下五点进行总结。第一，将文字问题转化为学科语言。传授学生审题的办法，将文字内容在验算纸上进行推理。在推理过程中将所学知识灵活运用，让解题思路更清晰。第二，引导学生画情景图。该方法尤其适用于力学模块，即将力学问题用图形的形式展示出来，并运用所学力学概念与规律，完成问题的解答。此过程可以帮助学生完成物理模型的建构，将抽象问题形象化，夯实科学思维。第三，关注问题多解答。科学思维不仅仅是推理、验证，更包括灵活运用。运用所学知识解答问题，这就是学习创新的过程。运用多种方法解决问题，亦能体现科学思维培养的进阶要义。第四，关注简答题型的训练。教学过程不能一切向高考看齐，这样会忽视简答题型的深层次训练，以至于限制学生科学思维的发展。教师利用简答题型检测学生对知识学习的深度与宽度，引导学生多思考，最终多角度提升学生的科学思维。第五，注重引入估算问题。估算的过程就是快速将问题解决的过程，这需要学生全面且灵活地掌握所学知识。因此，此类习题的教学中，教师应教会学生分清主次因素，将复杂问题简单化。

教学案例三：“匀变速直线运动”中包含着大量重要知识点，这是学好运动学模块的基础。基于科学思维培养以及习题课教学重点，可以设计如下教学目标：（1）引导学生自主建构本模块知识网络；（2）掌握公式并灵活运用；（3）对典型问题着重思考进而形成分析、推理的解题意识。习题课教学前需要师生共同完成知识点的复习，如速度与时间的关系式、图像；位移与时间的关系式、图像；速度与位移的关系式、图像。同时，相关推论如平均速度、中间时刻速度、位移中点速度、比较中间时刻速度和位移中点速度等，都需要巩固掌握。此時，学生可以利用情境图进行比较、深度理解。习题训练过程要注意分类掌握，将文字转化为图形，并采取例题与练习题对应的方式，帮助学生提升科学思维。

（四）实验教学：创新科学思维

实验教学是对理论内容验证的方法，是以目的为出发点运用实验仪器完成实验的操作。以科学思维培养进行实验，教师应引导学生学会在实验中感知、质疑、验证，体现物理实验对培养科学思维的重要性。为此，从以下五点进行总结。

1.用实验突出物理模型。高中阶段众多物理模型在学生的意识中是抽象的，通过实验将其可视化，让学生真正意识到实验的重要性，可以强化物理模型在学生学习认知中的建构。

2.以科学家视角完成实验。以探索为实验出发点，一改往日用实验展现理论内容的实验态度，让学生在实验的过程中体验科学推理的整体经过，体会验证的重要性。

3.引入课堂趣味实验。依据课堂教学重点，为学生展示趣味小实验，突出动手动脑激活思维的教学理论。

4.强调如何优化实验。科学思维中的质疑关系到培养效果，为此，课堂上教师应该引导学生如何优化实验，并运用科学依据论证优化后的严谨性，以此培养学生质疑、创新的精神。

5.归纳实验方法。学会归纳亦是科学思维的基础，如探究加速度与质量之间的关系，可以引导学生归纳其中运用的方法，并帮助学生内化吸收。

教学案例四：“电磁感应现象及应用”属于初高中结合内容，教师可利用实验教学帮助学生对初中所学知识进行拓展，同时为后续学习夯实基础。基于科学思维，本课教学目标应该包含如下内容：（1）通过实验学生可以建构物理模型；（2）实验中体会科学探索精神，领悟推理与论证过程，并感悟科学探究的方法；（3）学习科学家身上的质疑精神以及创新精神。实验开始，教师可引导学生讲解法拉第的相关科学故事并完成实验，体验科学家论证推理的精神。要求学生实验后进行总结，为学生讲解将电磁感应以及感应电流等相关概念。随后，以“产生感应电流的条件”为主题，学生完成小组探究实验。此时，可以利用实验将物理模型可视化，进而推理出实验主题内容。关于电磁感应现象，可以利用电磁小火车作为趣味小实验，让学生学会通过动手实验完成科学论证的过程。关于实验教学需要说明一点，实验中，教师应该强调用实验验证，更应该鼓励学生探索，在实验过程中思考问题，敢于向同学、老师提出问题，以完成实验论证。

三、结语

行文至此，高中物理课堂上培养学生科学思维的策略已探究完毕。学生围绕思维夯实完成学习，可以更透彻地学好物理学科，且有科学思维的奠基，对其他学科的学习以及今后发展有着更大的作用。未来教学中，教师仍应该深度挖掘教材，让思维培养在课堂上落地生花。

参考文献：

［1］何福军.探析高中物理教学中培养学生科学思维的策略［J］.学周刊，2023（7）：57-59.

［2］王思琪，张勇.试谈以学生科学思维能力培养为目标的高中物理教学策略［J］.学周刊，2023（4）：9-11.

［3］李万金.高中物理教学中学生逆向思维的培养策略研究［J］.学周刊，2023（5）：75-77.

［4］乔红艳.高中物理教学中学生逻辑思维能力的培养策略［J］.智力，2023（1）：64-67.

（作者单位：东明县第一中学）

编辑：常超波