初中物理教学中学生科学思维培养策略研究

摘 要：从《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“课程标准”）中对科学思维的定义来看，科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等内容。基于此，在物理教学时，教师应借助多样的教学方法，培养学生的科学素养。文章从情境再现、课上提问、构建模型、物理实验、课后拓展五个方面入手对初中物理教学中培养学生科学素养进行了分析。

关键词：情境；提问；模型；实验；课后

中图分类号：G633.7"" 文献标识码：A"" 文章编号：1673-8918（2024）51-0130-03

一、 初中物理核心素养对科学思维的诠释

物理学科中如何界定科学思维，课程标准中给出了明确的定义：科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同信息、观点和结论进行质疑和批判，予以检验和修正，进而提出创造性见解的品格与能力。科学思维包含模型建构、科学推理、科学论证以及质疑创新四个方面。

（一）模型建构

模型是指人在对事物的认知过程中，为了更加形象生动，将客观事物进行加工建立起能够反映事物本质和联系的抽象物质。模型能够化繁为简，将深奥而抽象的物理概念、理论具体而又准确地表达出来。在遇到繁难复杂的问题时，根据研究目的将研究对象进行简化和类比、抽象和概括的过程就是建构物理模型的过程。模型建构是科学思维的基础，在这一过程中需要学生具备建构理想模型的意识和能力，不断加深对自然本质的理解。所以帮助学生认识到模型建构在物理研究中的重要作用，掌握常见的物理模型，对学生科学思维的发展尤为重要。

（二）科学推理

科学推理是物理学科科学思维的重要组成部分，是以物理学的知识理论为基础，对事物的规律进行分析、推导、下结论的方式。科学推理既包含通过归纳物理现象形成物理概念和规律的归纳过程，也包括对物理概念和规律的应用过程。科学推理能力要求学生依据已掌握的物理知识，在复杂错综的现象中分析推理，从而推断出事物间的本质联系。合理的推理是解决问题的关键，推理的过程是学生思维的显性反应。科学推理作为初中物理学习过程中学生必不可少的环节，不仅在物理学科的学习中占据重要地位，同时也能促进学生对其他学科的学习。

（三）科学论证

科学论证是基于推理而后进行论证，它的结构要素包含观点、与观点相关的证据以及联系观点和证据的推理，即科学论证是通过对事物的分析概括、推理判断后总结出论据以证明或反驳物理观点的活动。科学论证是同科学推理紧密联系的思维过程，在科学论证中，学生需要以物理知识为基础，对物理观点进行解释说明，或对他人的观点进行批判和质疑，并能够进行合乎逻辑的表达。科学论证有助于学生提升科学推理能力、科学探究能力，因此，在教学过程中，教师应注重学生科学论证能力的培养，让学生多体验科学论证的过程，引导学生在此过程中形成运用科学证据进行合理解释的意识，掌握分析处理科学证据的方法，同时培养学生实事求是的科学态度。

（四）质疑创新

质疑是指学生根据自身掌握的知识，对其观察的现象或者接触的现有结论的准确性产生疑问。创新是一种能力，能够解决他人无法解决的问题。质疑创新要求学生具有批判性思维意识与创造性思维意识，要做到敢于质疑、勇于质疑。但不是无脑质疑，而是依据一定的知识或数据，对相悖的观点进行大胆反思，追求变革和创新。质疑和创新是一个整体，是科学思维的重要组成部分。初中物理教师在教学过程中应注重培养学生质疑与创新意识，通过挖掘教学资源，探索出培养学生质疑创新能力的方法，促进学生对物理概念、规律的理解内化，培养创新型人才。

二、 初中物理教学中学生科学思维的培养

（一）生活情境再现

物理知识源于生活，知识的应用又能辅助于生活。例如人们能够通过太阳能发电站和风力发电站将阳光和风转化。基于此，在物理教学中，教师可以结合生活实际，调动学生的科学思维，在提高学生物理知识理解力的同时，实现对学生科学素养的培养。以教学“摩擦力”为例，教师可以利用生活情境展示相关内容，引导学生开动脑筋观察和处理问题。导入环节，教师准备一瓶水果罐头，提前在盖子边缘抹上润滑油，让学生尝试拧开盖子，在学生失败后，再让学生思考解决办法，学生会想到用布擦掉润滑油或换一个力气更大的学生再试一次。这样以生活情境导入新课，对探究滑动摩擦力的因素实验做了充足的铺垫，学生会在猜想环节更容易想到接触面粗糙度和压力的大小。利用生活情境，让学生回忆和思考里面蕴含的物理规律，激发学生的好奇心去用物理知识解决相关问题，是培养科学思维的基础。

（二）课上提问层层递进

在研究物理知识时，对单一难点的处理办法是将其分割成若干中等难度的知识点，再进行逐个研究。学生需要在教师的引导下，对各部分知识和难点进行逐个思考研究，再将各个结论或规律整合到一起，形成一套完整的方法或成果。教师通过课上提问，设层层递进的问题链，引导学生进行科学推理，培养学生的科学思维。以教学“测量电阻的阻值”为例，基于学生已经学习了电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法，也学习过欧姆定律，教师可以从实验原理出发提问，再到器材、电路图、实验表格、安全注意事项等。

师：同学们，想要计算电阻的阻值，我们需要哪些物理量？怎么计算？

生：电阻两端的电压和通过电阻的电流，电阻等于电压除以电流。

师：在实验的时候我们用什么来测量电阻两端的电压和通过电阻的电流？

生：用电压表测电阻两端的电压，用电流表测通过电阻的电流。

师：如果想要进行多次测量，在电源电压固定的情况下，怎样改变电阻两端的电压？

生：用滑动变阻器与待测电阻串联，调节滑动变阻器的阻值来改变电源电压的分配比例，从而改变待测电阻两端的电压大小。

师：在连接电路的过程中，开关要处于什么状态？

生：在连接电路的过程中，开关要处于断开状态。

师：在连接好电路后，开关闭合之前，滑动变阻器的划片要调到什么位置？

生：在连接好电路后，开关闭合之前，滑动变阻器的划片要调到最大阻值处。

通过上述提问，教师将学生的思维从最初的实验目的，引导到实验原理，再到器材、方法、步骤等，层层递进的问题链，培养了学生逻辑推理的能力和科学思维能力。

（三）构建模型和应用模型

初中生的逻辑思维正处于从形象思维过渡到抽象思维的重要时段，其中生活中和在学校里见到的物理现象是形象思维的素材，也是构建抽象思维的基础。物理模型体现了抽象思维，建构物理模型，需要学生根据真实具体的物质或物理现象，提炼出其中的核心特点，包括外形特点或其他规律性特点，在脑海中打造出一个抽象且鲜明的物质形象或物理规律。以教学“大气压的测量——托里拆利实验”为例，需要学生构建物理模型，选取“A液片”作为研究对象，作受力和压强分析。“A液片”受到向下的压力压强，其来源是试管内的水银柱；“A液片”受到向上的压力压强，其来源是经过水银槽内水银传导过来的大气压强。故：p0=p汞=ρ汞gh汞，选取“A液片”作为研究对象和对“A液片”的压力压强分析以及所推理得到的物理规律，都是物理模型的构建过程。（图1）

完成物理模型的构建能够锻炼学生的逻辑思维能力，而物理模型的应用能够加深学生对模型的理解，培养学生的科学思维能力。

比如，自制气压计实验中，如图2所示，选取“A液片”作为研究对象构建模型，作受力和压强分析。“A液片”受到向下的压力压强，其来源是试管内水柱和水柱传导下来的大气压强；“A液片”受到向上的压力压强，其来源是经过密封瓶内水传导过来的瓶内气体压强。故：p水柱+p0=p内气，根据密封瓶内气体压强p内气恒定不变，随着海拔升高，大气压强p0减小，则水柱产生的压强p水柱增大，即水柱升高。

物理模型的构建过程需要以生活现象或实验为素材基础，同时需要教师的引导，而物理模型的应用，更能加深学生对物理模型和物理规律的认知，有助于学生从复杂的物理现象中抽丝剥茧，找寻到核心规律，是培养学生科学思维的重要途径。

（四）物理实验探究真理

初中物理探究实验包含提出问题、猜想假设、设计实验、进行实验并收集数据、分析论证、评估交流等环节。其中“提问环节”“设计环节”“分析论证环节”能充分地锻炼学生的质疑创新、科学论证、科学推理能力，因此利用物理实验探究过程，能够培养学生的科学思维能力。

以教学“动能”为例，教师可以展示低速大货车和高速小轿车的刹车距离的视频，由此先让学生猜想动能的决定因素，教师引导学生排除重复和不适合探究的猜想，选择合适的猜想进行探究实验，提问和猜想环节就是质疑和创新的过程。再让学生讨论实验原理和过程，利用现有的器材对比小球的动能，控制“质量”和“速度”，体会控制变量法的作用，培养学生科学推理的能力。另外，让学生设计一个能容纳上述物理量的表格，最后让学生讨论分析数据，论证动能的决定因素，培养学生科学论证的能力。

在进行物理实验的过程中，每个环节之间有因果先后联系，同时侧重不同，这有助于培养学生的物理学科核心素养。

（五）课后拓展整合提升

初中物理课后拓展不仅仅包含课后作业，更重要的是留给学生思考和创新的拓展性知识内容，引导学生开展课后的实践活动。通过课后实验帮助学生提高实践能力和思维能力。

比如“自制潜望镜”，首先教师可以把实践活动的材料给学生，鼓励学生在课后进行收集资料，然后将潜望镜的设计图或者视频提供给学生，让学生在课余时间进行制作，在制作的过程中可以询问教师，也可以通过网络进行学习。其次，教师可以将学生制作的潜望镜在班级角落进行展示，增强学生的成就感和满足感。

三、 结论

初中物理教学中，通过情境再现、课上提问、构建模型、物理实验、课后拓展五个途径，不仅能够提高教学效率，还能锻炼学生模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新的能力，从而提高学生的物理学科核心素养。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京：人民教育出版社，2022.

［2］罗卓君，许溜竦.初中物理教学中学生科学思维能力培养策略分析［J］.广西物理，2022，43（4）：147-149.

［3］谢万军.自制温度计和气压计［J］.中小学实验与装备，2011，21（6）：20-21.