高中物理教学中学生科学思维培养现状调查分析与建议

高秀丽 许文慧

［摘 要］文章立足问卷调查结果和教师访谈情况，分析高中物理教师对物理学科核心素养和科学思维的认知程度、高中物理教师的科学思维培养意识及培养现状、高中物理教师培养学生科学思维的途径与策略，并提出在高中物理教学中培养学生科学思维的建议。

［关键词］科学思维；高中物理；调查分析；建议

［中图分类号］    G633.7            ［文献标识码］    A          ［文章编号］    1674-6058（2023）21-0008-04

随着教育部提出学生发展核心素养体系，学生核心素养的培养成为当前基础教育的重要任务。物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。其中，科学思维是物理学科核心素养的核心内容，主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。培养学生的科学思维是物理教师的重要教学任务。

自从《普通高中物理课程标准（2017年版）》颁布以来，核心素养的培养在高中物理教学中是否真正得到落实？在高中物理教学中学生科学思维的培养现状如何？针对这些问题，笔者带领研究团队通过线上对全国各地的高中物理教师进行了随机问卷调查。此次问卷调查的目的是了解高中物理教师对物理学科核心素养和科学思维的认知程度，了解高中物理教师的科学思维培养意识、途径、策略和存在的困难等，并在分析调查结果的基础上提出在高中物理教学中培养学生科学思维的建议。本次调查共回收有效问卷107份，参与问卷调查的教师中本科学历的占63.92%，研究生学历的占29.48%，博士研究生学历的占3.81%，大专学历的占2.79%。任教高一的教师占32.71%，任教高二的教师占32.71%，任教高三的教师占34.58%，参与问卷调查的教师基本上均匀分布在高中三个年级。教龄30年以上的教师占8.41%，教龄20年至30年的教师占45.79%，教龄10年至20年的教师占30.84%，教龄5年至10年的教师占3.74%，教龄1年至5年的教师占11.21%，参与问卷调查的教师有85.04%是教龄在10年以上且有着丰富教学经验的，这在一定程度上保证了问卷调查结果的可靠性。

一、高中物理教师对物理学科核心素养和科学思维的认知程度

（一）调查基本情况

从“您认为物理学科核心素养包括哪些方面？”的问卷调查结果可以看出，认为物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任的教师分别占92.59%、91.67%、80.56%、80.56%。而认为质疑创新、科学推理、科学态度与价值观、科学论证也属于物理学科核心素养的要素的教师分别占45.37%、51.85%、56.48%、32.41%。

在关于高中物理教师对科学思维的认知程度的问卷调查中发现，认为模型建构、科学论证、科学推理、质疑创新属于科学思维素养要素的教师分别占94.39%、78.50%、81.31%、68.22%。其中71.03%的教师认为逻辑推理属于科学思维素养要素，而认为科学批判、演绎推理、分析综合也属于科学思维素养要素的教师分别占41.12%、51.40%、48.60%。

（二）调查结果分析

从问卷调查结果来看，四个要素都有80%以上的教师选择，也就是说，对于物理学科核心素养包括哪些方面，大多数教师是比较清晰的。相对而言，教师对于物理学科核心素养的子要素科学思维包含的要素则了解较少，仅有68.22%的教师认为质疑创新属于科学思维素养要素，而错误选择“逻辑推理”选项的教师占71.03%，能正确选择模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新四个选项的教师仅占14.95%。这说明大部分教师对科学思维有初步认识，但并没有进一步对其构成要素进行深入了解和研究。

二、高中物理教师的科学思维培养意识及培养现状

（一）调查基本情况

由问卷调查结果可以看出，84.26%的教师认为在高中物理教学中培养学生的科学思维是非常有必要的，14.81%的教师认为在高中物理教学中培养学生的科学思维是有必要的。

从“您平时会通过哪些途径了解科学思维的概念和相关培养策略？”这一问题的調查结果来看，通过网络搜索和阅读教育期刊了解科学思维的概念和相关培养策略的教师最多，分别占80.56%和72.22%，其次是通过工作培训和教辅用书了解科学思维的概念和相关培养策略，分别占64.81%和50%，有9.26%的教师是通过其他途径了解科学思维的概念和相关培养策略的，例如通过阅读专业书籍、学科课程标准、学术书籍及参加学术会议和学术交流活动等，但也有1.85%的教师表示没有专门了解过科学思维的概念和相关培养策略。

关于“在课前备课过程中会注意挖掘并整理高中物理教材中与科学思维相关的内容吗？”的调查结果显示，选择“非常注意”“注意”“比较注意”“不注意”的教师分别占45.79%、32.71%、17.76%和3.74%。

课堂教学是培养学生科学思维的主要阵地。在高中物理教学中，有47.66%的教师已经开始有计划、有目的地去培养学生的科学思维；有40.19%的教师开始探索培养科学思维的途径和方法；有11.21%的教师有想过要培养学生的科学思维，但是没有时间与方法；从来没有想过培养学生的科学思维的教师仅占0.93%（见图1）。

从高中物理教师在课堂教学中对学生模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新能力的培养现状的调查结果可以看出，72.90%的教师经常有在课堂上渗透物理建模思想并进行物理模型建构活动，26.17%的教师偶尔有在课堂上渗透物理建模思想并进行物理模型建构活动，几乎没有在课堂上渗透物理建模思想并进行物理模型建构活动的教师仅占0.93%（见图2）。64.49%的教师经常会在课堂上引导学生基于证据进行分析和推理活动，31.78%的教师偶尔会在课堂上引导学生基于证据进行分析和推理活动，几乎不会在课堂上引导学生基于证据进行分析和推理活动的教师占2.8%，从来不会在课堂上引导学生基于证据进行分析和推理活动的教师占0.93%（见图3）。

（二）调查结果分析

1.教师重视学生科学思维的培养但教学实施不足

从问卷调查结果来看，99%以上的教师认为在高中物理教学中培养学生的科学思维是必要的，也就是说大部分教师意识到培养学生科学思维的重要性且会主动通过各种途径进行相关的理论学习。但能够有计划、有目的地去培养学生的科学思维的教师仅占47.66%，而非常注意在课前备课过程中挖掘并整理高中物理教材中与科学思维相关的内容的教师也仅占45.79%。其中的原因：一是教师缺乏培养学生科学思维的方法和途径，对于学生科学思维的培养还在摸索过程中，而从了解科学思维的概念和相关培养策略的途径可以看出，教师较少经过系统的学习培训，更多的是通过自己查阅资料来了解；二是由于高中课时紧张，高考压力大，教师没有时间和精力对学生科学思维的培养进行研究。

2.教师对学生模型建构能力培养的重视程度高于其他科学思维能力

从问卷调查结果可以看出，72.90%的教师会在课堂上渗透物理建模思想并进行物理模型建构活动，64.49%的教师经常会在课堂上引导学生基于证据进行分析和推理活动，这说明教师更重视对学生模型建构能力的培养。大部分教师对模型建构能力的培养策略更加了解，更能将模型建构与课堂教学相融合。

三、高中物理教师培养学生科学思维的途径与策略

（一）调查基本情况

从“通常情况下您是如何来进行物理实验教学的？”这一问题的调查结果来看，有51.40%的教师选择“板书推导和口述实验原理和过程，强调实验重点”，有66.36%的教师选择“多媒体演示，强调实验重点”，有68.22%的教师选择“演示实验，学生观察”，有62.62%的教师选择“讲解实验原理和实验步骤后让学生动手实验”，仅有43.93%的教师选择“引导学生自主探究”（见图4）。

从“您认为以下哪些手段能有效提高学生的科学思维能力？”这一问题的调查结果来看，有89.81%的教师选择“创设情境，提出问题，引导学生探究、分析和質疑”，有84.26%的教师选择“课堂师生互动，创造质疑环境”，有75%的教师选择“创设与实际生活相联系的情境，培养学生的建模、分析和解决问题能力”，有68.52%的教师选择“采用问题教学法，培养学生的分析问题和解决问题的能力”，有60.19%的教师选择“给予学生成功的质疑体验，使学生乐于质疑”，有54.63%的教师选择“传授质疑方法，鼓励学生质疑”（见图5）。

（二）调查结果分析

1.教师选取的实验教学方式不利于学生科学思维的培养

从问卷调查结果可以看出，68.22%的教师选择“演示实验，学生观察”这一物理实验教学方式；62.62%的教师会让学生动手实验，但学生动手实验前，教师会先讲解实验原理和实验步骤，而能够引导学生自主探究的教师仅占43.93%。由此可见，教师在进行物理实验教学时注重明确实验步骤，强调实验重点，但忽视了引导学生自主建构知识和自主探究物理规律。这种实验教学方式不利于调动学生的学习积极性与激发学生的创造力，也不利于培养学生的科学推理、科学论证、质疑创新能力。同时从侧面反映了教师缺乏培养学生科学思维的有效途径和策略，没能很好地利用实验教学培养学生的科学思维。

2.教师普遍认可通过“创设情境，提出问题，引导学生探究、分析和质疑”这一手段落实科学思维的培养

从问卷调查结果可以看出，有89.81%的教师认为通过“创设情境，提出问题，引导学生探究、分析和质疑”这一手段能有效培养学生的科学思维。笔者对个别教师进行了访谈，从中了解到教师认为创设相关情境有激发学生学习兴趣、帮助学生理解抽象的物理概念和规律等作用，而提出有效问题，能培养学生分析问题、解决问题的能力，这说明不少教师对创设情境进行教学是重视的。

四、在高中物理教学中培养学生科学思维的建议

（一）基于需求规划“教师核心素养培养”系列培训

从“您认为在对学生科学思维培养方面自己需要提高的是什么？”这一问题的调查结果来看，参与调查的教师普遍认为“相关的理论知识”“课堂教学能力”“现代教学手段”“课程资源的开发能力”“教育教学研究能力”都需要提高。自新课程改革和新课标实施以来，国家、省、市各级均开展了一系列的教师培训，但从培训效果反馈来看，各级教师新课程培训缺乏统筹安排和顶层设计，培训的内容还没有真正基于教师的需求进行系统规划。

笔者对个别教师进行了访谈，从中了解到有些培训内容多次重复，而有些培训内容却没有涉及，理论的普及、教学实施路径和策略还不够具体化。目前，物理新课程教师培训的内容主要是围绕物理新课程标准和物理学科核心素养。从问卷调查结果来看，对于物理学科核心素养包括哪些要素，大多数教师还是比较清晰的，但对于物理学科核心素养的四个要素包含哪些子要素却不太清楚。笔者了解到，目前市面上关于物理学科核心素养的四个要素的理论书籍还比较少。可见，要使核心素养的培养真正能够在课堂教学中落实，需要把核心素养具体化，需要教师真正理解核心素养每一个要素的内涵。因此，建议各级教育主管部门和教学教研部门围绕核心素养四个要素的相关理论、课堂教学中如何落实核心素养等开展系列化教师培训。

（二）基于案例培训强化教师科学思维培养意识

从“您认为在中学物理教学中培养科学思维的主要困难有哪些？”这一问题的调查结果可以看出，参与调查的教师普遍认为主要困难有：对新课程理念缺乏足够的认识、没有准确把握科学思维教育内容 、缺乏系统的科学思维培养策略与方法、无法对科学思维进行外显化评价。由此可见，教师一方面要加强有关新课程理念和科学思维的系统培训，另一方面要加强有关科学思维培养策略与方法的系统培训。建议结合具体的教学案例或教学片段开展科学思维培养策略与方法的培训。在这过程中，教师应思考：教学案例如何体现科学思维？具体体现了模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新的哪一方面？如何体现？采用怎样的教学策略和方法落实科学思维培养？从问卷调查结果可以看出，教师普遍认为可以通过“创设情境，提出问题，引导学生探究、分析和质疑”这一手段落实科学思维的培养。对此，笔者团队就科学思维培养的“情境—探究—应用”教学模式进行了实践研究，以期为一线教师培养学生科学思维提供参考。

（三）统筹开发科学思维培养案例微视频

从目前的科学思维培养现状来看，绝大多数教师已经具有培养学生科学思维的意识，并且开始在教学实践中进行探索，为此，建议统筹开发科学思维培养案例微视频。可以针对某一教学环节开发，如针对概念的建构环节开发微视频，或者针对规律的形成环节开发微视频，所开发的微视频要关注学生外显的科学思维培养过程。也可以按照科学思维各子要素的培养目标开发微视频，如按照模型建构能力培养开发微视频，或者按照科学推理、科学论证、质疑创新等能力的培养开发微视频。这些微视频为教师培养学生的科学思维提供了实施范例，大大促进了学生科学思维的培养在课堂教学中有效落地。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准：2017年版［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］  杨双伟，马朝华.物理实验教学及科学思维培养现状的调查分析［J］.中学物理，2020（17）：28-30.

［3］  张恩德.科学思维素养的重新审辨与教学实现［J］.课程·教材·教法，2022（4）：127-133.

［4］  曹宝龙.课堂教学中培养学科核心素养的基本问题［J］.物理教学探讨，2022（6）：1-4.

［5］  邓浩仪，张军朋.国内物理课程视角下科学思维研究现状、热点及启示：基于CNKI中文文献的可视化分析［J］.物理通报，2022（8）：144-149，161.