從高考物理試題看科學思維素養的培養

摘要：高考物理考查的五種能力是物理學科素養的具體表現，其中推理、分析與綜合等思維能力是科學思維素養的核心內容.結合對高考物理試題中科學思維素養考查的分析及教學實踐中的不足，在學習理論的指導下，提出了培養學生科學思維素養的教學策略.

關鍵詞：科學思維；物理模型；教學策略

作者簡介：譚國武（1976-），男，湖南岳陽人，研究生，中學一級教師，研究方向：高中物理學科教育.

高考物理試題著重考查考生的知識、能力和科學素養，注重理論聯系實際，注意物理與科學技術、社會和經濟發展的聯系，注意物理知識在生產、生活等方面的廣泛應用，以有利于高等學校選拔新生，并有利于激發考生學習科學的興趣，培養實事求是的科學態度，形成正確的價值觀，促進三維課程目標的實現.高考物理在考查知識的同時，注重考查能力，并把對能力的考查放在首要位置[1].

1從高考物理試題看科學思維素養的考查

高考考查的能力，有對概念與規律的理解能力、推理能力、分析與綜合能力、應用數學處理物理問題的能力、實驗能力.五種能力是物理學科素養的具體表現，其中對概念與規律的準確深刻理解，是科學思維素養培養的知識基礎，推理、分析與綜合等思維能力，是科學思維素養的核心內容.近三年高考全國Ⅰ卷物理試題中科學思維素養的體現見表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、推理論證、分析綜合的能力與解復雜方程組的能力的形成，還需要思維方法上的訓練，否則難以有效地提升能力.因此，在教學中，既要注重概念與規律的理解，也要注重思維方法的指導與思維能力的訓練.

2思維能力培養中出現的問題及其原因分析

日常教學中，尤其是高三復習備考，在第一輪復習中，教師一般會按章節復習知識點，以教輔資料為主安排練習題.從學生學習的角度來看，一般會先跟隨老師復習知識點，然后做練習，第二天聽老師講練習，再復習知識點做練習，如此循環.在二輪復習中，一般按專題復習，學生在老師的帶領下一起歸納總結專題知識的網絡，然后做練習講練習.就筆者所觀察與了解到的情況，許多學校的高三物理復習基本上都是這個模式.這個模式看起來中規中矩，沒什么問題，但總有不少學生表現出思維能力差，解題時思維混亂，速度慢且準確率不高.

前文所述常規教學模式，灌輸與機械訓練多于學生的自主建構.思維能力在知識建構與問題解決中得到訓練，并服務于問題解決.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.沒有經過合理設計的、有方法指導的思維能力訓練，導致學生雖然大量做題，但思維能力提升緩慢.

3科學思維素養培養的教學策略

教學的有效性離不開科學的學習理論為指導.根據建構主義學習理論，學生不能將來自于外部世界的知識遷移到記憶中，只能基于個人的經驗和社會互動來建構自身的解釋.也就是說，知識是通過學習者主動建構得到的，而不是通過灌輸而來.通過灌輸記住的知識，并不能被學生真正理解而靈活運用.根據奧蘇貝爾的認知同化理論，學習就是學生用已有認知結構中與新知識最有聯系的舊知識去“同化”新知識的過程，是利用已有知識把新知識與舊知識建立起聯系的過程.同化的結果導致原有認知結構發生變化，新知識獲得了新的意義，也使得原有知識獲得新的意義.認知負荷理論認為，任何形式的教學都會引起三種類型的認知負荷：外在認知負荷（教學設計引起的）、內在認知負荷（材料引起的）與有效認知負荷，而認知資源有限和工作記憶容量有限，要盡量減少外在認知負荷，增加有效認知負荷和內在認知負荷可用容量，盡可能使得認知負荷低于工作記憶容量，使學習活動更加易于進行.

31策略之一：以物理模型為核心的研究性學習

思維能力在知識建構與問題解決中得以形成與提升.高中物理知識從內容來看，可以歸類為多種物理模型，包括對象模型、狀態模型、過程模型、問題模型等.而且構建物理模型是物理問題解決中常見的科學思維形式.科學思維素養培養的策略之一，就是以各個物理模型為核心，進行由簡到繁、循序漸進的、支架式的研究性學習.教師提供的支架，可以以問題的形式出現，為學生研究性學習指明方向，降低學習的難度.在研究性學習的過程中，要特別注意理清問題的因果關系.如果將物理模型比作生物的骨架，那么與模型相關的各種典型運用就是血肉，概念、規律就是神經系統，由簡入繁的研究性學習過程，就是生長的過程.以物理模型為核心的研究性學習，是一種自主建構，是舊的認知結構向新的認知結構進化的過程.

下面以勻加速直線運動為例，進行以物理模型為核心的研究性學習方案設計（見表2）.

32策略之二：推理論證方法的專題訓練

對物理解題中推理論證的方法常用的有函數法、排除法、假設法（包含特殊值代入、極端法、估算法等）、類比法（包含對比）、等量關系法、因果關系法等.推理論證的方法專題訓練，可以采用樣例學習的方式，給學生提供包含詳細分析過程的學習樣例，并且提供問題支架，讓學生通過樣例學習與回答支架問題，領會推理方法.再通過一定數量的練習，掌握推理方法.

33策略之三：物理問題解決方法的專題訓練

問題解決的過程，是一個從問題初始狀態，經過推理、分析、綜合等一系列思維操作，達到問題得到解決的目標狀態的過程.物理問題解決的第一步，從物理情境中確定研究對象，構建物理模型，明確已知條件；第二步，從對象的初始狀態與已知條件出發，依據物理規律分析狀態變化的過程；第三步，根據要解決的問題尋找未知信息與已知條件之間的關系，綜合運用這些關系求解.問題解決方法訓練的教學，可以使用樣例學習，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：注重拓展型作業的應用

要注重物理知識應用于實際生活，注重拓展型作業的應用，包括探究實驗、科技小制作、觀察、調查、體驗、討論或辯論、自編習題、主題寫作等形式.拓展型作業不僅能有效培養學生科學思維的能力，能檢驗知識理解的準確性，還能培養學生科學探究的能力與良好的科學態度與責任感，以及激發學生的學習興趣.

參考文獻：

[1]教育部考試中心 2018年普通高等學校招生全國統一考試大綱的說明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2018.