科学教学中渗透科学方法的原始物理问题探究

杨澜 王向丽

【摘要】科学方法是发展科学素养、培养创新能力的重要内容。基于目前小学科学教学中显性渗透科学方法的空白、物理内容在小学科学中的占比、原始物理问题的教育价值及其与最新科学课标的对应关系，文章通过几个案例探讨了以设置原始物理问题为路径，在小学科学教学中渗透类比法、归纳法、比较法的有效方法，为原始物理问题的广泛应用提供思路和方法。

【关键词】小学科学；科学方法；原始物理问题；探究

【中图分类号】G710【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2023）10—0062—04

一、问题的提出

欧美等国家在课程文件中多次提出，全球理科课程改革应关注科学素养问题，科学方法是其中的重要内容[1]。科学方法指人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的一系列正确的思维方式和行为方式[2]，它既是科学认识的精神手段，也是科学认识工具的“软件”，直接为科学认识服务[3]。小学科学作为一门兼具基础性、综合性、实践性的课程，是进行科学教育、培养终身发展能力的基础，更是形成科学素养的关键。2022版新课标中明确指出科学课程需要让学生掌握基本的科学方法，具有初步的思维能力。因此，在小学科学教学中加强科学方法教育不仅是新课标的基本遵循，也可为中学理科教育中科学方法的进一步运用提供前提。

在目前的小学科学教学中，科学方法更多地以隐性方式运用在知识传授和实验过程中，而在问题的设置与解决方面，科学方法的显性渗透是一片空白。通过分析小学科学内容设置可以发现，物理占据了大部分比重。2022年版新课标明确提出要在课程中创设真实的问题情境，将学科概念应用到真实情境中，这恰好与物理教育研究中的原始物理问题相对应。因此，以设置原始物理问题为路径在小学科学中显性渗透科学方法是绝妙的选择。

原始物理问题指自然界及社会生产生活中客观存在且未被加工的问题[4]。在有关原始物理问题的研究方面，孙铁斌试图利用原始物理问题突破高三复习的“高原期”[5]；邢红军等比较研究了初中生解决中考物理计算题与原始物理问题的能力[6]；陈辉通过原始物理问题剖析了学生建立物理模型的障碍及原因[7]；于永建等结合2019年高考真题改编、原创了一组相关原始物理问题等[8]。从目前的研究现状可以看出，原始物理问题具有重要的研究价值，但相关研究大多集中在中学阶段，小学阶段没有涉及。因此，基于目前在小学科学的问题设置中渗透科学方法的不足、物理內容在小学科学中的占比、原始物理问题的教育价值及其与新课标的对应关系，本文以4个案例为例，探索了通过设置原始物理问题在小学科学中渗透科学方法的思路和具体做法。

二、原始物理问题的教育价值

1.激发学习兴趣，提高教学效率。斯宾塞认为：“兴趣是求知和学习最大的动力。”可见，兴趣在教育过程中具有至关重要的作用。直接抽象化的习题往往是枯燥单调的文字表述，不能使学生有效联系实际生产生活，且容易超出小学生的理解和认知水平，造成对学科的畏惧和厌烦情绪。而原始物理问题是由现实生活中常见现象引发的思考，容易激发学生学习兴趣，成为教学过程中知、情、意、行有机结合的“发动机”和“催化剂”[9]，为快乐学习和减量提质创造源泉。

2.加深知识理解，抽象概念具体化。皮亚杰的认知发展阶段论认为，小学阶段的学生正在逐渐形成抽象思维，但仍需要具体事物的支持[10]。原始物理问题为学生提供了具体生动的生活实例，引导学生从生活和自然中走向物理。这恰好能够适应学生的身心发展特点，实现抽象概念的生活化、具体化，使他们了解物理现象、掌握物理规律，进而加深对知识概念的深层次理解。

3.加强理论和实践相结合，促进知识的有效迁移。实践是理论的基础，而理论必须与实践相结合，接受实践的检验并为其服务，两者相辅相成[11]。传统的习题练习从根本上来说仍属于机械化的理论学习，无法有效地将理论与实践相结合，而原始物理问题来源于生活情境并解决实际问题，可以很好地克服这一缺陷。并且生活中许多物理现象蕴含的原理相同，学生很容易举一反三，从而促进知识的有效迁移，使学生在体验中学习，在实践中运用，在迁移中创新。

4.促进知识向能力转化，提升科学素养。原始物理问题的解决往往需要多种能力的配合，包括对真实生活情境中的现象进行思考，并将其转换为物理语言的建模能力、科学推理的实证能力等。在小学科学中设置原始物理问题，可以使学生从儿童时期就接触实际问题并进行分析、建模和实证训练，从而促进知识向多种能力转化。另外，还可引导学生从表观现象中总结归纳事物的本质规律，培养透过现象看本质的哲学思想和思维方式，从而全面提升学生的科学素养。

三、渗透科学方法的原始物理问题案例分析

1.类比法。类比法指对比两个或两个以上对象间的相似性，从已知对象认识未知对象，得出描述未知对象的概念与特征的方法[12]。类比法不仅可以使分析和解决问题更加快速简捷，而且还能促进知识和技能的灵活运用与迁移[13]，为学生学习新技能、进行科学发现和探索、培养创造能力提供重要途径[14]。

【案例】光的反射是生活中一种常见的现象，我们利用它在镜子前整理着装，科学家利用它制造出潜望镜、额镜、汽车后视镜等，那么声音遇到障碍物也会发生反射吗？请利用类比法通过分析光的反射现象描述声音的反射。

最新教科版小学科学五年级上册“光的反射现象”一课中，学生了解了光在传播过程中遇到障碍物时会改变传播方向产生反射的现象。潜望镜的制作便利用了这一原理，如图1所示。光的本质是电磁波，而声音的本质也是一种波——机械波，虽然两者本质不同，但具有相同的性质。如我们在山谷中听到的回声，其反射原理如图2所示。声音的反射原理在生活中应用广泛，如在医学上用B超为病人检查身体，利用声呐技术或设备探测海洋深度等。本题的设置可与中学物理良好衔接，形成层次清晰、逻辑严谨的知识网络结构，也可以将我国高精尖技术领域的知识渗透在小学科学教学中，促进小学阶段课程思政建设和学生核心素养的提高。

2.归纳法。归纳法是由个例性知识推出一般性结论的方法[15]。归纳法不仅能促使学生理解事物的本质，而且可促进学生抽象思维和概括能力的提高[16]，使学生形成良好的思维习惯。

【案例】生活中电磁起重机、扬声器、磁悬浮列车等器械的结构中都含有磁铁或电磁铁，它们在接通电源后开始工作，你能通过分析工作原理后用归纳法总结出磁现象和电流的关系吗？

教科版小学科学二年级下册“磁铁”单元介绍了基本的磁知识，其中提到的磁铁既包括天然磁铁，也包括电磁铁，即铁芯外部缠绕与其功率相匹配的导电线组装置，它们在生活中应用广泛且具有共通之处。例如，电磁起重机接通电源工作时会将大量钢铁材料牢牢吸引住，如图3（a）所示，而断开电源后这些钢铁材料将掉落，如图3（b）所示；扬声器接通电源后，内部线圈因有电流通过便产生了磁性，使其和内部磁铁一会吸引一会排斥发生振动；磁悬浮列车通电后，位于列车车厢底部的电磁铁产生了磁性，它和轨道上的电磁铁相互排斥从而将列车从导轨上抬升或悬浮起来。通过以上分析可以发现，接通电源有电流通过电磁铁时它便产生了磁性，说明磁现象与电流有关，这就是电流的磁效应。本题的设置可以为学生创造最近发展区，将电流与磁现象联系起来，从而实现知识间的交叉融合，并可为中学进一步学习电磁现象创造必备的前提条件。

3.比较法。比较法是把两个或两个以上对象进行比较，辨别异同、认识本质、揭示事物规律的思维方法[17]。它不仅可以促进学生掌握事物间内在的更深层次关系，而且在易混淆概念和知识点的教学与学习中尤其重要。

【案例】戴玉强和叶佩英是我们非常熟悉的高音歌手，聆听他们演唱时我们可以将电视音量调大一些，以便更好地欣赏歌曲。这里说的高音和音量是一回事吗？你能利用比较法说明吗？

本题通过将音高和音量这两个概念进行比较，加深学生对声音的认识，以便更好地理解其物理实质。题目中的高音指音高，即声音的高低，音量指声音的大小、强弱、轻重，它们是用来描述声音不同属性的两个物理量，学生在学习中极易混淆。音高取决于振动物体的频率，而振动频率与振动系统的固有属性有关，如物体的质量、长短、粗细、大小等。音量取决于距离发声体的距离和振动的幅度，而振幅与振动系统的初始条件有关，如施加于物体的外力大小。音高与音量的物理实质及影响因素如图4所示。

小学科学作为一门兼具基础性、综合性、实践性的课程，是形成科学素养的关键。而原始物理问题与新课标对真实生活情境的强调相吻合，且其在小学科学中具有重要的教育价值，因而以设置原始物理问题为路径在小学科学中渗透科学方法是极其必要且有意义的，但目前相关研究非常缺乏。本文通过设置4个原始物理问题案例，探讨了类比法、归纳法、比较法在小学科学中的显性渗透路径。期望本论文的研究能够为小学科学的教学提供一定的参考和借鉴，为原始物理问题的广泛应用提供思路和方法。

参考文献

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[8]于永建，梁伟民，王继群.开发主题式原始物理问题资源促进物理核心素养高效落地——以“嫦娥四号”相关问题开发为例[J].物理教学，2020（02）：78-80+60.

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[16]戴苾芬.例谈物理教学中的科学思维方法——关于归纳法的运用[J].物理教师，2012（12）：09-11.

[17]徐彬英.比较法在中学生物学教学中的应用研究[J].生物学教学，2003（12）：03-04.

（本文系“中央高校基本科研业务费专项资金项目”的研究成果，项目编号：31920220079；西北民族大学2023年校级创新创业教育教学改革研究项目“创新模式下量子力学课程多样化教学模式探究”的研究成果；“2022年度甘肃省高等教育教学成果培育项目”资助成果，项目编号：2022GSJXCGPY-06）

编辑：张昀