從高考物理試題看科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)

摘要：高考物理考查的五種能力是物理學(xué)科素養(yǎng)的具體表現(xiàn)，其中推理、分析與綜合等思維能力是科學(xué)思維素養(yǎng)的核心內(nèi)容.結(jié)合對(duì)高考物理試題中科學(xué)思維素養(yǎng)考查的分析及教學(xué)實(shí)踐中的不足，在學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，提出了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的教學(xué)策略.

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；物理模型；教學(xué)策略

作者簡介：譚國武（1976-），男，湖南岳陽人，研究生，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：高中物理學(xué)科教育.

高考物理試題著重考查考生的知識(shí)、能力和科學(xué)素養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，注意物理與科學(xué)技術(shù)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)系，注意物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應(yīng)用，以有利于高等學(xué)校選拔新生，并有利于激發(fā)考生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，形成正確的價(jià)值觀，促進(jìn)三維課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).高考物理在考查知識(shí)的同時(shí)，注重考查能力，并把對(duì)能力的考查放在首要位置[1].

1從高考物理試題看科學(xué)思維素養(yǎng)的考查

高考考查的能力，有對(duì)概念與規(guī)律的理解能力、推理能力、分析與綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?五種能力是物理學(xué)科素養(yǎng)的具體表現(xiàn)，其中對(duì)概念與規(guī)律的準(zhǔn)確深刻理解，是科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)的知識(shí)基礎(chǔ)，推理、分析與綜合等思維能力，是科學(xué)思維素養(yǎng)的核心內(nèi)容.近三年高考全國Ⅰ卷物理試題中科學(xué)思維素養(yǎng)的體現(xiàn)見表1所示.

從試題分析來看，解決物理問題需要用到多種不同的思維方法.物理模型建構(gòu)、推理論證、分析綜合的能力與解復(fù)雜方程組的能力的形成，還需要思維方法上的訓(xùn)練，否則難以有效地提升能力.因此，在教學(xué)中，既要注重概念與規(guī)律的理解，也要注重思維方法的指導(dǎo)與思維能力的訓(xùn)練.

2思維能力培養(yǎng)中出現(xiàn)的問題及其原因分析

日常教學(xué)中，尤其是高三復(fù)習(xí)備考，在第一輪復(fù)習(xí)中，教師一般會(huì)按章節(jié)復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，以教輔資料為主安排練習(xí)題.從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來看，一般會(huì)先跟隨老師復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，然后做練習(xí)，第二天聽老師講練習(xí)，再復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)做練習(xí)，如此循環(huán).在二輪復(fù)習(xí)中，一般按專題復(fù)習(xí)，學(xué)生在老師的帶領(lǐng)下一起歸納總結(jié)專題知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)，然后做練習(xí)講練習(xí).就筆者所觀察與了解到的情況，許多學(xué)校的高三物理復(fù)習(xí)基本上都是這個(gè)模式.這個(gè)模式看起來中規(guī)中矩，沒什么問題，但總有不少學(xué)生表現(xiàn)出思維能力差，解題時(shí)思維混亂，速度慢且準(zhǔn)確率不高.

前文所述常規(guī)教學(xué)模式，灌輸與機(jī)械訓(xùn)練多于學(xué)生的自主建構(gòu).思維能力在知識(shí)建構(gòu)與問題解決中得到訓(xùn)練，并服務(wù)于問題解決.而推理、分析與綜合均是有章可循的，尤其是物理問題解決中，方法更是必不可少.沒有經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的、有方法指導(dǎo)的思維能力訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生雖然大量做題，但思維能力提升緩慢.

3科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)策略

教學(xué)的有效性離不開科學(xué)的學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo).根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，學(xué)生不能將來自于外部世界的知識(shí)遷移到記憶中，只能基于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)互動(dòng)來建構(gòu)自身的解釋.也就是說，知識(shí)是通過學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)得到的，而不是通過灌輸而來.通過灌輸記住的知識(shí)，并不能被學(xué)生真正理解而靈活運(yùn)用.根據(jù)奧蘇貝爾的認(rèn)知同化理論，學(xué)習(xí)就是學(xué)生用已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中與新知識(shí)最有聯(lián)系的舊知識(shí)去“同化”新知識(shí)的過程，是利用已有知識(shí)把新知識(shí)與舊知識(shí)建立起聯(lián)系的過程.同化的結(jié)果導(dǎo)致原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，新知識(shí)獲得了新的意義，也使得原有知識(shí)獲得新的意義.認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為，任何形式的教學(xué)都會(huì)引起三種類型的認(rèn)知負(fù)荷：外在認(rèn)知負(fù)荷（教學(xué)設(shè)計(jì)引起的）、內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（材料引起的）與有效認(rèn)知負(fù)荷，而認(rèn)知資源有限和工作記憶容量有限，要盡量減少外在認(rèn)知負(fù)荷，增加有效認(rèn)知負(fù)荷和內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷可用容量，盡可能使得認(rèn)知負(fù)荷低于工作記憶容量，使學(xué)習(xí)活動(dòng)更加易于進(jìn)行.

31策略之一：以物理模型為核心的研究性學(xué)習(xí)

思維能力在知識(shí)建構(gòu)與問題解決中得以形成與提升.高中物理知識(shí)從內(nèi)容來看，可以歸類為多種物理模型，包括對(duì)象模型、狀態(tài)模型、過程模型、問題模型等.而且構(gòu)建物理模型是物理問題解決中常見的科學(xué)思維形式.科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)的策略之一，就是以各個(gè)物理模型為核心，進(jìn)行由簡到繁、循序漸進(jìn)的、支架式的研究性學(xué)習(xí).教師提供的支架，可以以問題的形式出現(xiàn)，為學(xué)生研究性學(xué)習(xí)指明方向，降低學(xué)習(xí)的難度.在研究性學(xué)習(xí)的過程中，要特別注意理清問題的因果關(guān)系.如果將物理模型比作生物的骨架，那么與模型相關(guān)的各種典型運(yùn)用就是血肉，概念、規(guī)律就是神經(jīng)系統(tǒng)，由簡入繁的研究性學(xué)習(xí)過程，就是生長的過程.以物理模型為核心的研究性學(xué)習(xí)，是一種自主建構(gòu)，是舊的認(rèn)知結(jié)構(gòu)向新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)化的過程.

下面以勻加速直線運(yùn)動(dòng)為例，進(jìn)行以物理模型為核心的研究性學(xué)習(xí)方案設(shè)計(jì)（見表2）.

32策略之二：推理論證方法的專題訓(xùn)練

對(duì)物理解題中推理論證的方法常用的有函數(shù)法、排除法、假設(shè)法（包含特殊值代入、極端法、估算法等）、類比法（包含對(duì)比）、等量關(guān)系法、因果關(guān)系法等.推理論證的方法專題訓(xùn)練，可以采用樣例學(xué)習(xí)的方式，給學(xué)生提供包含詳細(xì)分析過程的學(xué)習(xí)樣例，并且提供問題支架，讓學(xué)生通過樣例學(xué)習(xí)與回答支架問題，領(lǐng)會(huì)推理方法.再通過一定數(shù)量的練習(xí)，掌握推理方法.

33策略之三：物理問題解決方法的專題訓(xùn)練

問題解決的過程，是一個(gè)從問題初始狀態(tài)，經(jīng)過推理、分析、綜合等一系列思維操作，達(dá)到問題得到解決的目標(biāo)狀態(tài)的過程.物理問題解決的第一步，從物理情境中確定研究對(duì)象，構(gòu)建物理模型，明確已知條件；第二步，從對(duì)象的初始狀態(tài)與已知條件出發(fā)，依據(jù)物理規(guī)律分析狀態(tài)變化的過程；第三步，根據(jù)要解決的問題尋找未知信息與已知條件之間的關(guān)系，綜合運(yùn)用這些關(guān)系求解.問題解決方法訓(xùn)練的教學(xué)，可以使用樣例學(xué)習(xí)，并且以自我提問與自我解釋的方式來增加問題解決的正確性.

34策略之四：注重拓展型作業(yè)的應(yīng)用

要注重物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活，注重拓展型作業(yè)的應(yīng)用，包括探究實(shí)驗(yàn)、科技小制作、觀察、調(diào)查、體驗(yàn)、討論或辯論、自編習(xí)題、主題寫作等形式.拓展型作業(yè)不僅能有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力，能檢驗(yàn)知識(shí)理解的準(zhǔn)確性，還能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力與良好的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感，以及激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部考試中心 2018年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2018.