利用原始物理問題培養初中學生科學思維的策略

潘展鴻

摘? ?要：原始物理問題具有客觀真實性、生態性、隱蔽性、遷移性和開放性特點。解決原始物理問題的思維過程有利于學生科學思維的培養。闡述原始物理問題的科學思維培養功能，并提出利用原始物理問題培養初中學生科學思維的四點教學策略：原始物理問題的選擇要適應學生的“最近發展區”;創設問題情境，促進問題的正確表征;注重引導，合理建模;培養求異思維，克服思維定勢。

關鍵詞：科學思維;原始物理問題;培養策略

科學思維是指具有意識的人腦對科學事物（包括科學對象、科學現象、科學事實等）的本質屬性、內在規律及事物之間的相互聯系和關系的間接與概括的反映[ 1 ]，它是物理學科核心素養的內容之一，包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。初中階段是學生物理學習的起始階段，也是學生思維發展階段，因此如何培養學生的科學思維是值得我們思考的。

原始問題是指自然界及社會生活、生產中客觀存在、能夠反映科學概念、規律本質且未被抽象加工的典型科學現象和事實[ 2 ]。原始物理問題是來自我們生活實際的問題，它與習題最大的不同就是沒有經過抽象處理，真實反映客觀實際，它是物理現象的載體，具有客觀真實性、生態性、隱蔽性、遷移性和開放性等特點[ 3 ]。解決原始物理問題需要經歷表征問題，科學建模，演算與推導三個思維過程，對學生科學思維培養具有促進作用。

1? 原始物理問題的科學思維培養功能

1.1? 從具體到抽象，促進認知水平發展，提高模型建構能力

解決原始物理問題，需要學生將物理現象簡化為物理模型，這個過程主要運用了抽象的思維方法。因此，原始物理問題能為學生提供從具體到抽象的思維訓練的平臺，要求學生會根據研究的任務、目的抽象出現象的本質和特征，會舍棄次要的細節和非本質的因素，簡化問題，最終實現由實際問題向物理模型的轉化[ 3 ]。模型建構過程，學生思維在由具體到抽象的過程中發生認知沖突，最終促進其認知水平的發展，提高學生的科學思維能力。

1.2? 內化科學法，提高分析綜合能力，培養科學推理與論證

物理科學方法是指研究物理現象、描述物理學現象、實施物理實驗、總結物理規律、檢驗物理規律時所應用的各種手段與方法。在解決原始物理問題的過程中，學生在教師的指導下，學習運用分析、綜合、抽象、概括等科學方法，將來自現實生活中信息龐雜的原始問題進行加工、梳理，再運用類比、假設、等效模型等科學方法，將問題轉化為合理的物理模型進行研究。有利于學生理解內化科學方法，并能有意識地運用這些方法進行科學推理與論證，從而發展科學思維。

1.3? 不斷質疑，發散思維，培養創新意識

原始物理問題具有客觀真實性、生態性、開放性等特點，決定了其問題解決的過程必定是具有探索和創造性。當學生面對一個信息龐雜的原始物理問題時，他找不到可以借鑒和效仿的原型，只能通過自己獨立思考，不斷質疑嘗試，發散思維，從多角度對問題進行探究，再收斂思維探索出最佳的解決問題的角度[ 3 ]。在這個過程中，學生不再受一些具體的框框條條的“指導”，他們的思維進入非線性的耗散結構狀態，不斷地創新思維，不斷地深化和提高科學思維能力。

可見，解決原始物理問題過程 ，也是進行模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新的科學思維過程 ，因此在教學中可以有效利用原始物理問題，培養學生的科學思維。

2? 初中物理教學中引入原始物理問題的策略

2.1? 原始物理問題的選擇要適應學生的“最近發展區”

在教育過程中把握“最近發展區”，有利于加快學生的思維發展。因此我們在教學中引入原始物理問題時，一定要注意學生的“最近發展區”，選擇的原始問題應是在學生原有知識和經驗基礎上，但需通過進一步的分析、探究才能解決的問題。這樣的問題才能促進學生認知的發展，并能激發學生求知欲，調動學生學習的積極性和主動性，從而促進思維能力的培養。

2.2? 創設問題情境，促進問題的正確表征

初中生正處于從具體的形象思維向抽象思維過渡的時期，直觀形象的問題情景，或學生的切身體驗，都有利于學生對問題的理解，形成正確的表征。

（1）聯系學生生活實際創設問題情境

日常生活和勞動經常會遇到許多需要解決的物理問題，這些來自生活實際的原始物理問題，從學生經驗出發，容易形成表象，有利于學生表征問題。選擇學生身邊的原始物理問題，也會讓學生感受到學習物理是有用的，從而激發學生留心觀察身邊的物理問題，主動地用物理知識去解決這些問題，不知不覺中內化了知識，發展了思維能力。

（2）利用物理實驗創設問題情境

大部分物理概念和規律都是科學家們通過大量的實驗探究分析歸納而獲得的。因此，物理實驗就是最好的原始問題的情境，它具有客觀真實性，增加實驗的體驗，能豐富學生的感性認識，豐富學生的直接經驗，有利于問題的表征。

同時學生在實驗過程中，需要不斷地運用科學思維進行實驗設計、數據分析、結果評估，它也是科學思維的訓練過程。因此在平時教學中，應增加學生實驗。

（3）利用多媒體輔助教學展現問題情境

利用現代教育技術和多媒體手段展示各種圖片、視頻錄像、物理課件等，能較好地把學生平時不注意或不易觀察到的物理現象重現，把原始物理問題情境直觀化，為學生提供豐富可視物理信息，使學生獲得直觀認識，幫助學生表征問題，建立物理模型，解決問題。

2.3? 注重引導，合理建模

初中學生的模型抽象能力比較薄弱。因此創設原始問題情景后，要引導學生分析哪些是有用的信息，哪些是干擾信息，介紹模型構建的方法。學生不但能深刻了解物理問題的本質，還學習了分析問題的科學方法。教學中也可有意識地讓學生對生活中的一些物理現象進行抽象簡化建立模型，提高學生的建模能力，促進思維能力的發展。

2.4? 培養求異思維，克服思維定勢

思維定勢是指在問題解決的過程中作特定加工方式的準備，它在問題解決過程中一般起限制作用，它限制著形成假設的范圍，并使所有嘗試的問題解決方法固定化[ 4 ]。克服思維定勢的方法就是要培養學生的求異思維，也叫“發散思維”，它是指從一個目標出發，沿不同觀點的途徑去思考，探求多種答案的思維，它是測定創造力的主要標志之一。物理教學過程是一個認知的過程，在解決原始物理問題教學過程中我們可以有目的、有計劃地訓練學生的發散思維能力，巧妙地設疑，引導學生多角度思考問題，多渠道解決問題。

3? 初中物理教學引入原始物理問題實例——“流體壓強與流速的關系”教學片斷：探究飛機的升力

本段教學是學生通過實驗探究獲得流體壓強與流速關系的規律后對這一規律的應用。分兩部分，第一部分實驗探究機翼形狀，即建立模型，第二部分理論分析升力的產生。

師：展示圖片空客380。這是一架“空中巨無霸”，重580噸，人類是如何讓這一龐然大物翱翔天空，奧秘就在于它的機翼。大家有觀察過飛機的機翼嗎？它的橫截面的形狀是怎樣的？

生：猜想機翼的形狀：長方形、上凸下平、上平下凸

師：通過“升力演示器”模擬風洞實驗分別演示三種形狀機翼飛行

生：通過以上實驗可知上凸下平形狀的機翼才能升起來。

師：為什么機翼橫截面的形狀是上凸下平的？（引導學生利用所學的知識進行分析。）

生：當飛機飛行時，與周圍空氣發生相對運動，迎面吹來的氣流被機翼分成兩部分（如圖1），相同時間內機翼上方通過的曲線路程比下方直線路程長（s上>s下），空氣上方速度比下方速度大（v上>v下），根據本節所學的規律，可知機翼上表面氣流壓強小于下表面壓強，上下表面受到的氣體壓力不同，產生了向上的壓力差，這就是把飛機托向天空的升力。

師：先點評學生的分析，并總結升力是氣流對機翼產生的向上壓力差。

師：介紹風洞實驗。飛機在研究制造時都要進行風洞實驗，將飛機固定地上，風洞中人為制造各種氣流，模擬飛機空中的飛行情況，從而獲得研究數據。

分析：問題選擇適應學生“最近發展區”。利用圖片創設情境，幫助學生表征問題。實驗探究增加學生體驗，豐富感性認識，有利于建立物理模型。引導學生科學思維，通過觀察、比較、分析，最后歸納出結論。學生通過同化和順應，認知達到新的平衡，內化知識，鍛煉了思維，還擴展了知識結構。

綜上所述，初中生正處在思維發展階段，也是科學思維形成和發展的階段。在教學中有計劃地、有目的地滲透原始物理問題，有助于促進學生認知水平的發展，提高學生抽象思維能力，有利于發散思維，培養創新意識，發展學生科學思維能力，提升學生的物理學科核心素養。

參考文獻：

[1]普通高中物理課程標準修訂組.普通高中物理課程標準（2017年版）解讀[M].北京： 高等教育出版社，2018：50.

[2]邢紅軍，陳清梅.從習題到原始問題：科學教育方式的重要變革[J].北京：課程·教材·教法，2006（1）：56-60.

[3]王靜，邢紅軍.論原始物理問題的特性及其教育功能[J].河南：平頂山師專學報，2004（5）：96-98.

[4]張大均.教育心理學[M].北京：人民教育出版社，2008：197.