基于新教材的科学思维培养策略探析

新修订的人教版初中物理教材聚焦物理课程核心素养优化了课程内容结构，充分体现了课程的育人价值，特别是在学生科学思维的培养上呈现出亮点。教师如何准确把握新教材的变化，在教学中落实核心素养培养要求，发展学生的科学思维呢？笔者以《牛顿第一定律》教学为例做具体阐述。

牛顿第一定律是力学的基础，它破除了流传近两千年的亚里士多德的错误认识，为确立力的概念奠定了基础。本节课主要学习“阻力对物体运动的影响”“牛顿第一定律”“惯性”三部分内容，重点是通过实验研究阻力对物体运动的影响，难点是通过科学推理得出牛顿第一定律。教师要在教学中引导学生充分利用实验探究和科学推理自主发现规律、验证规律，并应用所学知识解释相关的生活现象、解决相关的实际问题，以此培养学生的模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等科学思维能力。

一、问题引领，实施情境化教学

物理课程标准明确提出：“教师要充分结合学生的生活经验，有目的地创设生动具体的情境，引导学生从经验中概括、提炼事物的共同属性，抽象事物的本质特征，实现从经验常识向物理概念转变；以新奇的现象激发学生的兴趣，通过认知冲突引发学生深入思考，进而引导学生从生活走向物理、从自然走向物理。”基于此，新教材在每个章节起始页设置“问题”板块，结合学生的生活经验，创设真实的问题情境，激发学生的学习兴趣，引导学生发现问题、提出问题并通过主动探究解决问题，以增强应用物理知识和方法分析、解决实际问题的意识和能力。

《牛顿第一定律》在章节起始页创设玩滑板车的情境，提出“运动是否需要力来维持”的问题。与旧教材仅仅描述一个现象相比，新教材的情境描述更有助于学生带着问题学习；对“有力——运动”和“撤掉力——停止运动”的体现更加充分，表述的逻辑性更强；“这与我们玩滑板车时的体验是一致的”一句鲜明地提出观点，使情境与学习内容的关联更加紧密。教师要充分理解教材的编写意图，紧紧抓住教材的变化实施情境化教学，通过“滑板车运动一段时间后会停下来，再次蹬地后又会继续运动”的真实情境展开教学，加强对学生从情境中提炼信息的指导。如此，大部分学生会结合生活经验，根据上述情境描述，形成“要使一个物体持续运动，就要对它施加力的作用；如果这个力被撤掉，物体就会停止运动”的感性认识。这种认识与伽利略提出的“物体的运动并不需要力来维持，运动的物体之所以会停下来，是因为受到了阻力”观点相矛盾，从而造成学生的认知冲突，引发学生强烈的探究兴趣。此时，教师顺势引导学生对这两个观点进行基于实证的辨析和论证，如采取辩论赛、小组讨论、全班交流等形式，引导学生充分陈述自己的观点，并提供相应的生活实例佐证自己的观点。不论学生辩论的结果如何，这种活动形式都能达到培养学生逻辑思维能力、增强学生思辨的证据意识的目标。

二、自主设计实验，发展高阶思维

教材中的演示实验“研究阻力对物体运动的影响”是学生科学推理出牛顿第一定律的基础。做好这个实验，学生才能认识到物体受到的阻力越小，运动时间越长，运动距离越远，速度减小得越慢，获得进行科学推理的认知基础。根据教材提示的实验目的和实验器材，教师可以提出以下问题引导学生自主设计实验：怎样改变小车在水平面上受到的阻力大小？通过观察什么现象判断阻力对小车运动的影响？如何控制小车，使之到达水平面的初速度相同？在实验设计过程中，教师要以思维发展为核心，引导学生掌握科学的研究方法，向学生渗透控制变量法和转换法。例如，针对“如何控制小车，使之到达水平面的初速度相同”的问题，教师要引导学生先明确影响小车在木板上滑行距离的两个因素——初速度和小车所受阻力大小，进而迁移前面学习的控制变量法得出“研究阻力对小车运动的影响时要使其初速度相同”的实验前提，然后寻找到从相同高度释放小车使小车初速度相同的办法，最后在实验过程中通过每次从斜面上同一高度释放小车，并依次改变水平面的粗糙程度，使小车在每次运动中受到不同的阻力，进而根据观察到的实验现象，得出“初速度相同，小车所受的阻力越小，向前滑行的距离越远”的结论。

三、关注规律形成过程，提高逻辑推理能力

牛顿第一定律的教学，最重要的是引导学生经历科学发现的过程，从模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等方面理解牛顿第一定律所体现的科学思维。在研究阻力对运动物体的影响后，基于实验事实进行合理推理，得出牛顿第一定律，是本节课科学思维的精髓所在。

在学生通过前面的斜面实验，探究得出“水平面越光滑，小车运动的距离越远，说明小车受到的阻力越小，速度减小得越慢”后，教师利用气垫导轨演示所受阻力非常小时小车的运动情况，证明“当小车所受阻力非常小时，运动速度几乎不减小”。在此基础上，教师引导学生科学推理，得出“如果水平面绝对光滑，小车不受阻力作用，小车运动的距离会无限长，速度不再减小”的结论。同时，教师适时渗透物理学史教育，介绍伽利略、牛顿、笛卡尔等科学家通过科学推理得出牛顿第一定律的思维过程；播放天宫课堂的实验视频验证牛顿第一定律，如王亚萍演示冰墩墩太空运动的抛物实验等。这样教学有助于学生发展逻辑推理能力，理解教材旁批“正是基于对已有认识的大胆质疑，伽利略通过实验观察及符合逻辑的科学推理，揭示出了运动和力关系的本质。质疑是科学家的重要品质”的设计意图。

四、学以致用，凸显科学探究本质

科学探究的本质是学生自主发现问题，并主动参与分析问题、解决问题的过程。相较于旧教材，新教材强调问题情境的回应，突出问题的解决。如，教材开篇创设学生熟悉的玩滑板车情境，引导学生观察现象并思考“运动需要力来维持吗？”的问题。在提出牛顿第一定律之后，教材对开篇情境中的现象和问题进行解释：“运动的滑板车如果不受阻力，根据牛顿第一定律，滑板车在水平地面上将保持原有的运动状态一直运动下去。实际上滑板车始终会受到阻力，导致它的运动速度越来越慢，即运动状态不断改变。”这样的回应不但更大限度地发挥了情境的价值，而且反映了牛顿第一定律的应用，使学生认识到生活中力和运动的本质关系，认识到科学研究是一个探求表面现象背后科学本质的过程。教学实践中，教师可以根据这部分教材内容提出引导性问题：“回忆开课时我们玩滑板车的现象，现在你能用所学知识重新认识和解释它吗？”学生通过对滑板车现象的分析，得出“物体的运动状态之所以发生改变，是因为物体受到了力的作用”，做到了学以致用，构建了运动与相互作用的物理观念。

不是给予专家结论，而是呈现专家思维。基于新教材的牛顿第一定律的教学创设的情境蕴含两个对立的观点，它们使学生形成认知冲突，进而展开力与运动关系的科学探究之旅。学生在这个过程中亲身经历牛顿第一定律的发现和验证过程，经历与权威对话（伽利略批驳亚里士多德错误的精彩对话）的科学思辨过程。这种学习经历和体验，有利于学生科学推理能力、质疑创新素养、科学论证意识等科学思维能力的发展。

（作者单位：宜昌市教育科学研究院）

责任编辑 刘佳