在科学方法运用过程中发展学生的思维

摘 要：人们对科学方法的认知，在本质上来自于科学研究者的思维，可以说整个科学发展的历史就是一个思维发展史.在科学发展的过程当中，科学研究者借助于对科学现象的观察、对物理表象的研究以及对科学概念与规律的梳理、建构，不断运用自身的形象思维与抽象思维，完善着科学知识体系，构建着物理学科的大厦.在高中物理教学中紧扣科学方法的运用过程，不仅可以让学生获得物理知识的过程变得更加高效，而且能够对学生的科学思维发展起到助力作用.站在教师教学的角度，很重要的一个任务就是去开发课程资源，要创设有利于学生主动运用科学方法的情境，让学生在情境中自主运用科学方法，实现思维的发展.

關键词：高中物理；科学方法；方法运用；思维发展

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）18-0071-03

收稿日期：2023-03-25

作者简介：张航宇（1989.10-），男，本科，中学一级教师，从事高中物理教学研究.

在高中物理教学研究中，有两个关键词常常被人们所提及：一是物理思想方法，二是物理思维.对于前者而言，随着课程改革的深度推进，人们越来越发现思想方法的重要性，在第八轮课程改革当中所提到的过程与方法，正是对思想方法重视的体现.从概念的角度来看，物理思想方法是科学方法的下位概念，站在科学方法的角度认识物理思想方法，可以让高中物理教师有高屋建瓴之感.科学方法是从何而来的？这是一个近乎原始问题的问题，实际上当今人们认为科学方法有着至高无上的重要性的时候，很少有人意识到人们对科学方法的认知，在本质上来自于科学研究者的思维，可以说整个科学发展的历史就是一个思维发展史，在科学发展的过程当中，科学研究者借助于对科学现象的观察、对物理表象的研究以及对科学概念与规律的梳理、建构，不断地运用自身的形象思维与抽象思维，完善着科学知识体系，构建着物理学科的大厦.

在这样的历史背景之下认识高中物理教学，自然就能体会到思维在物理学习中的重要性.事实上也正是因为如此，在高中物理学科核心素养当中，才将科学思维作为单独的一个要素进行阐述.无论是从高中物理教学的传统来看，还是从课程改革以及核心素养的角度来看，思维在物理学习中的重要地位得到凸显.那么在具体的教学过程中，必须清晰地认识到一点，那就是要发展学生的思维，必须依靠具体的载体，如果没有具体的物理知识的建构过程，那么思维的发展是没有依靠的.考虑到无论是物理概念还是规律，其建构过程都必然伴随着科学方法的应用，通过过对科学方法的内容及其在教学中的定位进行分析，可以发现科学方法的内涵及在发展学生思维的过程中有着重要的价值^[1].因此可以说，科学方法的运用过程就是学生的思维发展过程，两者之间的对应关系，可以为高中物理教学研究开辟一个新的空间.

1 科学方法促进学生的思维发展的可能性

在科学方法运用的过程中促进学生的思维发展，应当说是一个相对新颖的研究视角，而科学方法之所以能够促进学生的思维发展，要对其可能性以及可行性进行研究.一般认为，物理知识和物理的科学思维方法是密不可分的有机体^[2].在这个有机体当中，物理知识的学习、物理思想方法的领悟、物理学科核心素养的发展，以及学生思维的发展，都是同步进行的.应试形态下的高中物理教学，在确定教学重心的时候，往往将重点放在物理知识的学习与运用上，其目的是为了培养学生的应试能力；在新时代的背景之下，

物理学科核心素养引领着物理教学的发展，当前的新高考对纯粹的应试也有着相应的矫正作用，这就意味着当下的高中物理教学重心应当由应试向思维发展转移，高中物理学科核心素养的落地，应当成为教学的主要任务.

在完成这一任务的过程中，思维发展起着核心作用，借助于科学方法的运用来促进学生的思维发展，本质上是一个形与神的关系.学生建构物理知识的过程必然会运用到科学方法，科学方法的运用以及具体知识形成的过程中，学生必然会有所感悟，将形象的知识学习过程进行抽象，就可以让学生对科学方法形成准确的认识，这显然也是一个思维发展的过程.思维的发展主要体现在学生运用符合科学的逻辑，对实际现象进行观察与思考，并且通过适当的抽象之后，获得相关的物理模型，而且能够运用物理学科知识来解释这一模型.当学生运用的逻辑超越生活认知（其中有丰富的前概念，有许多朴素甚至是错误的逻辑），逐步走向科学逻辑的时候；当学生大脑中的物理形象从生活表象转为物理模型的时候；当学生能够自发地运用物理学的知识去解释相关现象的时候，就是科学思维得以发展的时候.

在高中物理教学中紧扣科学方法的运用过程，不仅可以让学生获得物理知识的过程变得更加高效，而且确实能够对学生的科学思维发展起到助力作用.认同这一观点，不仅可以明确科学方法运用以及科学思维发展在物理教学中的地位，而且能够让教师在日常的教学中，真正形成以知识教学为基础、核心素养发展为目标、科学思想方法运用为保障、科学思维发展为核心的教学思路.这一教学思路的形成，也就可以夯实核心素养背景下高中物理教学的新途径.

2 在科学方法运用过程中发展学生的思维

在科学方法运用的过程中，如何有效发展学生的思维呢？这需要教师在实际教学的时候，运用具体的教学案例来进行研究.这里值得一提的是，思维有低阶与高阶之分，高阶思维能力是一个人生命发展的重要能力，也直接关系到一个人创造力的高低，有效的物理教学自然追求高阶思维的发展.有研究表明，科学探究是培养高阶思维能力的一个重要途径^[3].当然必须指出的是，追求高阶思维的发展并不意味着忽视低阶思维的价值，实际上低阶思维往往是高阶思维发展的基础，学生只有踏在低阶思维的阶梯之上，才能走向高阶思维.下面就以“带电粒子在电场中的运动”这一内容为例，如何在科学方法运用的过程当中发展学生的思维.

在创设情境的时候，笔者借助于电子加速这样一个素材，通过生活中的医用电子直线加速器，让学生认识到电子被加速器加速之后，在轰击金属靶的时候会产生射线，进而提出的问题是：电子在加速器中受到什么力的作用而加速？

回答这个问题需要学生对加速器有一个准确的理解，即利用电场使带电粒子加速，而带电粒子的速度方向与电场强度的方向要么相同，要么相反.相应的在具体分析的时候，通常也就有两种思路：一是借助于经典力学，也就是利用牛顿第二定律，并结合匀变速直线运动的公式来分析；二是利用静电力做功并结合动能定理来分析.

在形成这两种思路的时候，就意味着运用不同的科学方法.那么具体选用哪种思路呢？回答这个问题涉及到进一步的科学方法理解，即如果解决的问题属于匀强电场，且涉及到具体的运动时间，那么就用前一思路和方法；如果所涉及到的问题只与位移、速率相关，或者涉及的电场是非匀强电场，那么就用后一种思路和方法.

有了这一认识之后，就可以让学生去具体研究带电粒子在电场中的加速和偏转情况，这属于传统物理教学中的知识重点，考虑到本文阐述的重点是科学方法的运用以及科学思维的发展，因此这一内容不再赘述.

上述问题解决思路与方法的提供与选择，就是一个科学方法运用的过程.从科学思维发展的角度看这一过程，可以发现学生最初接触到电子加速器的时候，能够在大脑当中初步建构起带电粒子在电场中运动的表象，这是低阶思维的表现；其后，具体分析带电粒子在电场中运动的问题，由于涉及到已知物理量的定性，涉及到电场是匀强电场，还是非匀强电场，因此学生的思维必然会走向高阶.从具体问题解决方法的选择，到问题得到解决，即学生理解带电粒子在电场中加速和偏转，都对应着思维的发展.因此，从这个案例可以看出，科学方法的运用过程确实对应着思维发展的过程.

3 对运用科学方法发展学生思维的再思考

从经验的角度看高中物理教学，很多时候物理教师感叹学生的思维不够灵活时，实际上就是在期待物理学科的教学，能够促进学生思维的发展.但也正如同本文开始所强调的，思维的发展需要基于具体物理知识教学的过程，考虑到科学方法的价值，在物理知识建构的过程当中，必然要重视科学方法的运用；如果说科学方法的运用为学生的学习提供的是“力”的话，那思维的发展就可以比作是“加速度”.借助于这个比喻就可以发现科学方法运用的越充分，那么学生的学习所获得的合力也就越大，产生的加速度也就越大，也就是说思维发展就越充分，当然高阶思维的发展也就有了更加有力的保障.

因此，在当前的高中物理教学中，教师必须高度重视科学方法的运用，必须在科学方法运用的过程中注重学生的思维发展.由于物理学科是一个基本概念很强的学科，同时也是一个高度注重规律的学科，在具体的教学过程中重视科学方法的价值，能够有效培养学生逻辑思维和分析推理能力^[4].而站在教师教学的角度，很重要的一個任务，就是去开发课程资源，要创设有利于学生主动运用科学方法的情境，让学生在情境中自主运用科学方法，自发实现思维的发展.如果能够做到这一点，那么高中物理教学的前景必将无限光明.

参考文献：

[1]丁珂， 钱长炎. 显化科学方法，强化思维教育：以高中物理“机械能守恒定律”一节为例[J].物理通报，2021（6）：5-8.

[2] 黄定和，杨雨燕，段永忠.谈物理概念形成中的科学思维方法[J].新疆教育学院学报，1998（4）：16-17.

[3] 马云秀.通过科学探究培养高阶思维能力：以“机械能守恒定律”一课教学为例[J].物理教师，2018（12）：16-18，22.

[4] 李庆林，顾伟.浅议高中物理概念规律的教学[J].广西物理，2021（2）：75-76.

[责任编辑：李 璟]