基于科學思維培養的初中物理教學策略

沈偉云

(嵊州市教體局教研室，浙江 紹興 312400)

理性思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式,是學生核心素養的重要組成部分,也是適應學生終身發展的關鍵能力.《中國學生發展核心素養》指出,崇尚真知,能理解和掌握基本的科學原理和方法,尊重事實和證據,有實證意識和嚴謹的求知態度;邏輯清晰,能運用科學的思維方式認知事物、解決問題、指導行為等[1].教學實踐表明,理性思維能有效地幫助學生進行觀察、比較、分析、綜合、歸納、演繹、概括、抽象.庫恩認為,理性思維是智力發展的最終目標,教育的核心在于發展學生的思維,尤其是理性思維.但在實際物理教學中,由于長期受應試教學影響,許多教師往往注重知識和技能的傳授,而忽視學生理性思維的培養.怎樣在物理教學中去培養學生的理性思維呢?

1 建構模型,培養學生分析能力

理性思維是物理教學的核心,建構和使用模型是形成理性思維的基本途徑.物理是一門研究問題復雜,影響因素眾多的科學,在實際教學中,為了便于分析問題,經常采用“簡化”方法,即對實際問題進行科學抽象,抓住其主要因素,忽略其次要因素,建立一種理想化的物理模型.再遷移運用物理知識,獲得問題解決,同時也培養了學生分析問題的能力.

圖1 引擎蓋杠桿模型

例如在對汽車的發動機做檢修時,經常需要抬起引擎蓋,在抬起引擎蓋的過程中應用了什么物理原理?就需要如圖1所示把引擎蓋抽象成杠桿模型,在此基礎上,教師可設置問題串: ① 引擎蓋屬于哪類杠桿?② 在引擎蓋抬起過程中,重力G的力臂發生什么變化?③ 向哪個方向施加的力最小?

建模,是通過發展思維模型來認識和思考研究對象,并以一定理想化的、簡單化的東西來表示.[2]在分析問題時,教師要引導學生進行比較,抓住問題主要矛盾,忽略次要影響因素,把需要解決的問題轉化為學生熟知的物理模型,納入到學生已有的認知圖式之中.

2 提出問題,培養學生推理能力

物理推理能力是以已有的物理知識和所給的事實與條件,進行邏輯推導,推出正確的判斷或結論的個性心理特征[3].學生學習物理的過程究其實質就是提出問題、解決問題的思維活動過程,引導學生推理就是很重要的一種解決問題方式.

例如夏天雨后的天空,有時會出現美麗的彩虹,彩虹是怎樣形成的呢?究其原因,可引導學生進行推理,如圖2所示,太陽光經雨滴發生第一次折射后形成不同的單色光,不同單色光經雨滴的反射和第二次折射后以不同角度射出.又如圖3所示,由于雨滴高度不同,導致經不同雨滴折射進入人眼的單色光不同,又由于雨滴數量巨大,導致大量不同的單色光進入人眼,這就是人觀察到彩虹的成因.

圖2 彩虹的形成

圖3 太陽光經過不同雨滴折射

美國國家科學研究理事會(NRC)指出,傳統課堂教學中學生記憶的科學知識很容易被遺忘,而“參與科學推理”的過程會讓學生的科學思維得到發展,同時促進對科學知識的理解[4].教師可通過創設情景,引導學生提出問題,然后運用推理方法致力于問題解決,從中培養學生科學推理思維能力.

3 歸納演繹,構建知識思維導圖

歸納是從特殊事實中概括出一般原理或規律,是一種經驗的方法,演繹則是根據“一般原則解決具體問題”的思維活動過程.在物理教學中,經常在總結階段,要求建立系統性的知識框架,而思維導圖則是一種以直觀形象的方式來表示知識結構的思維工具,它能有效呈現思考的過程及知識的關聯.教師可在歸納總結的基礎上,運用思維導圖增強物理知識系統性和邏輯性,并且運用演繹思維方法解決一些具體問題.

例如在復習光學知識時,可引導學生構建如圖4所示的思維導圖.接著列舉一些生活實例,如樹蔭下的光斑、岸上的人看到水中的魚、湖泊中青山的倒影、遙控器的紅外線是否遵循光的反射規律等,引導學生結合思維導圖,運用演繹思維方法予以解決.

圖4 光學思維導圖

思維導圖作為一種思維的方法和工具,有利于促進知識建構,讓思維可視化[5].通過構建思維導圖,有助于物理陳述性知識結構化、條理化,提高學生總結綜合能力,培養學生歸納、演繹等理性思維.

4 鼓勵質疑,培養學生批判性思維

批判性思維是對自己或別人已有的思考和結論采取批判的態度,進行理由充分、邏輯嚴密的反思,提出質疑,弄清情況和進行獨立分析的過程[6].教師可結合學生物理學習實際,鼓勵學生不斷質疑,引導學生及時分析解決提出的問題,進而培養學生的批判性思維.

圖5 探究平面鏡成像

例如在探究平面鏡成像規律的實驗中,先在白紙上沿蠟燭A和代替像的B蠟燭邊緣畫圓,畫出玻璃板邊緣CD和C′D′, 從許多小組反饋的數據分析,并不能說明“像、物到平面鏡的距離相等”.那是規律有問題,還是實驗方法有問題?有學生提出質疑.經小組討論,認真思考,發現是由于物距與像距測量上出現了問題,經學生進一步思考、討論,最終確定測量方法應是:由于C′D′面雖有反射光線成像,但較弱,因此應以CD作為反射面,測出CD與A圓右端距離作為物距,CD與B圓左端作為像距．進而測得數據充分說明了“物到鏡面的距離與像到鏡面的距離”相等.

教育家貝葉指出,批判性思維包括的不僅是具體的大腦活動,更重要的是一種思維模式,教師的責任是幫助學生形成這種模式[6].為了培養學生的批判性思維,教師要積極創設質疑情景,引入帶有爭議性的問題,故意“制造”錯例,教給學生質疑的方法,促使學生在“勤于思考、敢于質疑、善于釋疑”的學習過程中發展其批判性思維品質.

科學課程標準指出,科學探究過程始終貫穿著各種思維活動,如比較、分類、判斷、歸納、演繹、想象和分析、綜合等,在探究教學中要注重培養學生的思維技能和能力[7].建構模型、科學推理、歸納演繹、批判質疑是物理學科理性思維的重要內容.物理是一門在培養學生理性思維方面具有得天獨厚優勢的學科,我們不僅在物理教學中要積極滲透學生理性思維的培養,而且也要把理性思維作為過程和方法教學目標的重點來抓,不斷提高學生的核心素養.