科学思维发展的高中物理概念教学探析

【摘要】概念性知识教学在高中物理学科教学中占据很大比重，学生生成和建构物理概念的过程，也是助推学生科学思维能力成长的过程。高中物理教师要以概念教学作为培养学生科学思维的主阵地，从创设概念导入情境、引导概念自主建构、组织概念讨论活动、推出概念实践应用等角度入手，多路径、多维度提升学生物理概念学习认知品质，不断强化学生科学思维能力，形塑学生物理学科核心素养。

【关键词】高中物理；科学思维；概念教学

科学思维是高中物理“三维课程目标”中“过程与方法”教学目标的拓展深化，也是高中物理学科核心素养的重要组成部分。高中物理教师应深度剖析核心素养教育理念内涵，将物理概念教学作为培养学生科学思维能力的主要抓手，引导学生综合运用多种类型科学思维方法观察、概括、抽象、建构、应用物理概念知识，提高学生物理概念理解掌握的准确度的同时，开发学生物理学科学习创造力，发展学生科学思维能力，推动学生思维水平逐步迈向更高水平。

一、创设概念导入情境，激发生本科学思维意识

高质量的物理概念教学，首先要做到的就是合理地引入物理概念知识内容，让学生明确引入物理概念的具体原因。教师巧妙创设物理概念导入教学情境，依托情境教学所具备的直观生动、真实具体的教学演绎优势，将物理概念知识融入到特定学习场景当中，调动学生物理概念探索学习兴趣，激发学生科学思维应用意识，从而让学生在较为活跃的思维状态下进入到物理概念探索学习程序当中。契合物理概念性知识教学特点的情境创设手段较为多样，教师要做好物理概念的深度剖析，基于物理概念知识特点灵活选择情境教学创设切点，为学生科学思维启动搭建更多立足点。

学生在物理概念学习之前，已掌握的物理旧知、生活经验，都会对学生物理概念新知学习产生影响。教师要善于从学生实际生活出发，对接学生熟悉的生活现象和生活问题，创设真实、生动的概念导入教学情境，增强物理概念导入教学的趣味性。如在“机械运动”概念教学中，生活中的机械运动现象不胜枚举，教师充分利用这一教学优势，整理了飞翔的雄鹰、行驶的汽车、抛出的篮球、滚动的油桶等生活中常见的机械运动现象，以动态图片或视频的形式在课堂导入环节进行展示，创设富有生活气息的直观教学情境。在这些生活教辅资源的支持下，学生对“机械运动”概念的感性认知被充分激活，课堂学习参与效度显著提升，建立了丰富的“机械运动”概念表象认知。

对物理概念教学而言，学生已有的很多认知经验属于积极的思维定势，对物理概念迁移教学设计有着不错的支持价值，但也有一些错误的前概念认知会造成学生消极的思维定势，反而会影响学生正确理解和应用物理概念新知。教师要做好学情辨析，采用不同导入情境创设手段优化教学。如在“自由落体运动”相关概念知识教学中，从学生生活经验来看，很多学生日常生活中经常提及“自由落体”这个词，但这些生活现象并不完全符合自由落体运动的定义条件。这些错误的前概念无疑是一种消极的思维定势，对学生物理课堂概念学习造成了不利影响。教师在课堂导入环节，便以一些学生错认为是自由落体运动的生活现象做切入，通过展示玻璃球从桌面上滑落、雪花从空中飘落、在高楼扔出纸飞机等生活现象的图片、视频，引导学生对这些物体的受力情况和运动状态展开分析，与“物体只在重力作用下从静止开始下落的运动”概念表述作对比，再次分析这些现象是否属于自由落体运动，引入概念新知教学的同时，纠正学生错误认知，引导学生认知思维转变。

物理课堂概念导入教学设计的质量高低，很大程度上影响到学生物理概念学习情感，以及物理概念的教学效果。教师基于建构主义理论，全面分析学生已有学科认知和生活经验，采取不同的导入教学情境创设方式，用活学生积极思维定势，消除学生消极思维定势，不仅能实现物理概念知识的有效导入，还能顺利激发学生科学思维意识，为学生之后深度探索学习物理概念奠定坚实基础。

二、引导概念自主建构，丰富生本科学思维体验

教师围绕物理概念知识创设教学情境，顺利引入物理概念教学内容后，学生已经在情境学习中对物理概念建立了初步感知和基本认识，进入物理概念的建构生成学习阶段。这一阶段中，教师需采取引导式教学方式，紧抓物理概念的本质属性及主要因素，从多个思维层面引导学生自主建构物理概念知识，丰富学生物理课堂科学思维应用体验，推动学生物理概念认知理解由表象走向内涵。教师加强各类学法渗透教学，指导学生综合运用类比分析、抽象提炼、逻辑推理、科学论证等科学思维方法探究和建构物理概念，锻炼和强化学生科学思维应用能力，提高学生物理概念知识建构的准确度。

物理概念生成建构对学生抽象思维能力提出了较高要求。教师设计引导式教学时，要做好可视化教辅资源的开发整合，采取具象与抽象相结合的教学方式，简化物理概念新知建构难度，支持学生经历抽象科学思维的应用过程。如“质点”是高中物理学科教学中的第一个理想化模型，有关“质点”概念的使用贯穿于整个高中物理学习过程，其教学重要性不言而喻。为了帮助学生更好地理解“质点”概念内涵，掌握把被研究物体看做质点的具体情境，教师配合多媒体教学手段，列举多组实例辅助教学：地球绕太阳公转、天空中长途飞行的飞机、一列从北京开往上海的火车等。借助实例分析，突出“质点”概念内涵：有质量、无体积或形状，并引导学生思考忽略被研究物体大小、形状及自转情况的前提条件，使学生正确认识“质点”概念的应用场景和应用方法，强化学生抽象提炼的科学思维能力。

教师从物理概念知识构建特点出发，判断物理概念的本质属性和非本质属性，通过突出主要因素、忽略次要因素的引导方法，凸显物理概念探究学习知识主线，将学生物理概念学习思维引向核心要素，助力学生突破概念生成的认知难点。如在“加速度”概念的形成阶段，教师投放启思性学习问题：“用什么物理量可以表现物体速度变化的快慢？”学生最先想到的物理量是“时间”和“路程”，但分析过程明显受之前已学知识的影响，过多关注时间、路程与速度的关系，而忽略了问题本身。教师指导学生摒弃非本质属性影响，突出“加速度”概念本质属性—物体速度变化快慢，引导学生类比单位时间内路程变化的旧知内容，类比推理单位时间内物体速度变化的物理现象，促使学生通过迁移学习，形成“加速度”概念理解。

教师在学生物理概念形成阶段做好各类教辅资源的开发整合，为学生提供充足的感性认知素材，使学生对物理概念的认识更加全面、细致。教师指导学生采用不同科学思维方法分析和建构物理概念，揭示物理概念的本质属性和共同特征，提高学生物理概念学习效率，也丰富了学生物理学科学法选择。

三、组织概念讨论活动，强化生本科学思维训练

学生在教师引导下，完成物理概念构建后，教师还要关注学生科学思维的延伸拓展，指导学生从更深层次和更广维度展开物理概念的深度学习，使学生真正建立在理解的基础上掌握和应用物理概念知识。教师高度尊重学生物理概念学习的主体地位，在深化学生物理概念认知理解时，善于设计多元化的概念讨论活动，组织学生对所学物理概念展开说理辨析，引导学生在展示讨论当中碰撞出更多思维火花，增强学生物理概念学习认知体验，也能让学生及时发现和反思自己概念理解的不足之处，促使学生在查漏补缺中构建更加完善的物理概念知识网络。

教师引导学生对物理概念进行深化理解时，首先要指导学生严谨地分析和解读物理概念的关键语句表述，让学生明确每个物理概念的适用范围和适用条件。如在围绕“牛顿第一定律”组织讨论活动时，教师着重展示和强调其定义内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。要求学生认真阅读这一定律表述，找到其中的关键词进行重点分析，与小组同伴分享自己的学习成果。学生关注的关键词各有不同，有的学生重点分析了定义中“一切”“总”“或”“除非”等字词的语义，梳理了概念的逻辑关系；有的学生重点解释了定义中“改变这种状态”，列举了物体由静止变为运动、由运动变为静止、速度大小发生变化、速度方向发生变化等多种不同情况……学生在交流中取长补短，对“牛顿第一定律”的认知理解逐渐深入。

高中物理概念知识教学内容较多，各个物理概念虽然彼此独立，但又存在着广泛的表象联系和内在关联。教师善于以整体教学策略组织概念讨论活动，提高物理课堂科学思维训练教学广度。如“矢量”概念教学中，“矢量”指的是既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则的物理量。与之相对的物理概念是“标量”，指的是只有大小，没有方向，相加时遵从算术法则的物理量。教师组织学生对这两个概念的异同点展开辨析讨论，结合所学物理知识，分析哪些物理量属于矢量、哪些物理量属于标量。学生以小组为单位进行交流探讨，根据已学知识内容，将各种物理量的性质特点代入到矢量、标量的概念表述中，找到力、位移、速度、加速度等属于矢量的物理量，以及质量、路程、电流、功等属于标量的物理量，构建完善的物理概念认知体系。

对于高中生来说，牢牢记住每个物理概念的表述内容并不困难，难的是真正深入理解每个物理概念的核心特征和本质内涵。教师组织开展物理概念讨论活动，从纵向延伸和横向拓展两个域度引导学生深入学习物理概念知识，使学生在合作学习中讨论分享自己对物理概念的认知理解和个性想法，能够有效延展学生物理概念学习思维深度和广度，推动学生在交流互助中弥补概念学习的思维局限性，培养学生善于合作的科学精神。

四、推出概念实践应用，提升生本科学思维水平

创设概念导入情境、引导概念自主建构、组织概念讨论活动等教学策略，主要服务于学生物理概念的理解掌握，而追求生本科学思维能力发展的物理概念教学，不仅要求学生准确理解和深度掌握物理概念知识，还要关注到学生科学合理地运用所学物理概念解决实际问题，培养学生物理概念应用能力，推动学生科学思维水平的进一步提升。教师紧扣物理课堂概念教学的重难点知识，推出更多实践应用学习活动，组织学生将所学物理概念应用到现实生活现象分析、现实生活问题解决中，助力学生物理概念认知内化，增强学生物理学科应用思维综合性和灵动性。

教师对接学生实际生活，启发学生利用所学物理概念解释和分析各类生活现象，培养学生用物理的眼光看待现实世界的学科应用意识。如在“弹力”物理概念的应用教学环节，教师设置跨学科实践学习主题活动，对接奥运会上的体育项目，播放撑杆跳项目、跳水项目、射箭项目的比赛录像，重点展示比赛项目中玻璃纤维杆、跳板、弓弦的形变过程，要求学生认真观察录像，思考：撑杆跳运动员、跳水运动员、射箭运动员是如何利用弹力的？问题驱动下，学生结合“弹力是物体受到外力后发生形变，形变的物体为了恢复原状而产生了弹力”概念知识，逐一解析几种比赛项目录像中，玻璃纤维杆、跳板、弓弦所受到的外力来源、外力影响下产生的形变以及形变后为了恢复原状产生的弹力作用，深化了学生对“弹力”概念的理解应用，也让学生切实感受到物理概念知识在现实生活中的实用价值。

除了组织学生运用物理概念解释具体生活现象外，教师还可以利用生活化教学元素组织开展一些需要学生动手实践的物理概念应用活动。如在学习了“加速度”这一重要物理概念后，教师着眼学生物理概念学习思维的多维发散，创意设计课外研究性学习实践活动，活动内容主要包括两方面：一方面是要求学生利用智能手机中配备的加速度传感器，动手测量一些生活场景中的加速度。比如，快速甩手时的加速度、汽车在不同油门下启动时的加速度等；另一方面，要求学生借助信息网络搜索、图书馆查阅等渠道，对加速度在各种类型科研项目中的应用展开研究性学习，引导学生将物理概念知识应用与现代科技相对接，拓宽学生物理概念实践应用知识面，增强学生物理学科学习情感。

高中物理概念教学的最终目的是让学生在理解的基础上，明白物理概念的形成过程和本质内涵，掌握物理概念的应用场景和应用方法，真正做到物理概念的“学以致用”。教师有意识地推出多种类型的实践应用学习活动，为学生运用物理概念解释生活现象、解决生活问题搭建实践学习平台，有效发散了学生物理概念学习应用视角，促使学生科学思维能力得到了更大的提升与发展。

以高中物理概念教学为平台，采取多种教学策略加强学生科学思维能力培养，既是改善学生物理概念学习方式，深化学生物理概念认知理解的有效方式，也是培养学生物理学科深度学习能力，塑造和发展学生物理学科核心素养的必然要求。科学思维的培养是个复杂的思维训练过程，不是通过几节物理课就能实现的。教师应做好长期渗透的概念教学规划，综合运用创设概念导入情境、引导概念自主建构、组织概念讨论活动、推出概念实践应用等一系列连贯的概念教学策略，长期性、持续性地将科学思维发展目标渗透到物理概念教学各个环节当中，推动学生科学思维能力的稳定发展。

【参考文献】

[1]苏倩.基于核心素养的高中物理教育衔接研究——以“速度”概念的教学为例[J].理科爱好者，2024（03）.

[2]杨睦毅.基于可视化理念的高中物理实验创新——以鲁科版高中物理教材必修1“滑动摩擦力”实验教学为例[J].福建教育，2024（28）.

[3]任鑫，陈磊，李凯波.基于核心素养指向高阶思维的物理概念教学策略实践研究——以“线速度”概念建立为例[J].中学物理，2024（15）.