基于科學思維和科學探究的高中物理教學

錢榮根

摘 要：本文從物理學科核心素養的兩個維度科學思維和科學探究來展開高中物理教學案例的研究。

關鍵詞：探究; 思維; 物理; 教學

中圖分類號：G633.7? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2020）11-032-001

物理教學是提升學生素養的主陣地，教師需要深度研究高中物理教學與核心素養，對教學及時做出改進和更新。筆者基于科學思維和科學探究，提出高中物理教學樣態。

一、圍繞學生，構建科學思維課堂

科學思維是物理學科核心素養的靈魂，是能否實現有效課堂的關鍵。教師應精心設計課堂的引入環節，引導學生突破固有思維的限制，大膽創新，經歷科學思維，設疑猜想，引發認知沖突，碰撞思維火花。以“力的合成”教學為例。課前可以進行實驗：學生拉小轎車，當兩名學生沿著車頭方向用力拉車時，車很難被拉動，在此基礎上，外加一學生沿著垂直繩方向用力時，車就被拉動了。學生們紛紛做了體驗，感受到這股神奇力量，猜測一定與新課有重大聯系。等效替代是力的合成的重要思想，課堂上兩人提重物和一人提同樣的重物進行實驗，兩人的力與一人的力效果是相同的。由此激發學生思考。從學生的經驗中提煉出分力、合力、共點力以及力的合成等物理概念。

首先從最簡單的同一直線上的分力與合力的關系，較為簡單易懂。從直線到平面是學生的突破，問學生不在一直線的同一平面上的力是不是符合簡單的代數和或差呢？通過彈簧測力計使橡皮筋伸長相同長度的兩次實驗，發現并不是簡單的代數加減法。引發認知沖突，激勵學生科學思維，尋求力的合成的特點，促使知識鏈向縱深遞進。在科學思維中探究：如何才能找到分力、合力的關系;如何準確記錄力的大小、方向;分力的夾角不能太大或太小;拉力必須平行于紙面。實驗的改進與創新，學生紛紛給出各種方案，促進學生的知識的應用與遷移，讓課堂向眾深推進。

二、尊重學生，引導學生科學探究

新課改提倡的是學生主動參與，科學探究，合作共生，培養學生搜集和處理信息的能力，分析和解決問題的能力以及交流與合作等多元能力。以“探究牛頓第二定律”實驗為例。教師應將課堂的選擇權、設計權交于學生，把學生帶到力學實驗室，讓學生分組實驗。學生會思考：選擇什么器材進行實驗;怎樣設計實驗才能利于得出結論;怎樣利用實驗，通過控制變量法，完成實驗;利用長木板拖動小車來研究，天平可以測量質量，滿足什么條件可以認為小車所受拉力等于沙和沙桶的重力;該實驗有什么誤差;實驗可以進行怎樣的改進等等。這些為什么、怎么做都是學生的科學探究的結果。

三、導引學生，在科學探究中提升科學思維

科學探究與科學思維密不可分，科學思維的過程必然內涵科學探究，科學探究的過程是科學思維的凝練與升華。適時安排探究，以便科學思維的培養;有意制造認知沖突，達成思維的全面性;在科學探究中提升科學思維的廣度與深度。在科學探究中問題鏈的逐個拋出，是學生循序漸進思維的關鍵，環環相扣，步步為營。以楞次定律教學為例。在前面關于電磁感應實驗中，學生已經認識到不同情況下產生的感應電流的方向是不同的。那么，感應電流方向是由哪些因素決定的？滿足什么規律呢？教材給出的方案，學生按照步驟較方便得出阻礙這個結論。學生通過討論，基于“楞次環”實驗。

情境①：條形磁鐵與通電圓環（掛在光滑桿）靠近，通電圓環將朝哪個方向運動？如何判斷？學生活動：實驗探究，也有通過等效的方法將通電圓環視為條形磁鐵，利用同向電流相互吸引，異相電流相互排斥判斷。

情境②：給出條形磁鐵靠近或遠離圓環（無通電電流），圓環的磁通量做如何變化？并畫出磁感線。學生活動：對條形磁鐵磁感線分布較為清楚，變化情況比較直觀，同時回顧感應電流產生的條件。

情境③：學生分組、教師演示，基于“楞次環”實驗。發現無論是N極還是S極插入閉合環時，圓環都會后退;無論是N極還是S極拔出閉合環時，圓環都會向著拔出方向轉動。

問題驅動：根據封閉鋁環的實驗現象思考下列問題：（1）四種實驗情境中，鋁環的磁通量如何變化？學生活動：做出磁感線的穿入方向及得出磁通量的變化情況;（2）四種實驗情境中，磁鐵和鋁環之間有著怎樣的運動特點？與磁鐵的極性有沒有關系？學生討論得出：磁鐵插入時，鋁環會后退;磁鐵拔出時，鋁環會跟著前進，可以歸納為來斥去吸;（3）為什么磁鐵靠近封閉鋁環時，磁鐵對鋁環是“斥力”作用，而離開鋁環時，磁鐵對鋁環是“引力”作用？（參考情境1思考討論）學生合作：探究可得靠近時，鋁環靠近磁鐵一側與磁鐵表現為同名磁極，所以表現為“斥力”作用;離開時，鋁環靠近磁鐵一側與磁鐵表現為異名磁極，所以表現為“引力”作用。（4）能否根據鋁環的運動情況判斷出四種情境中鋁環內感應電流的方向？學生活動：通過將感應電流的圓環等效為條形磁鐵，繼而畫出感應電流的磁感線，再用右手螺旋定則判定出感應電流的方向。

提煉與升華：感應電流磁場的方向是判斷感應電流的關鍵，試通過四種情境的分析總結出感應磁場方向的判斷方法。學生活動：通過以上的探究過程，原磁通量增加時，感應電流的磁場與原磁場方向相反;原磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場方向相同。教師引導學生得出增反減同結論，也就是感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化（該總結還是需要教師適時引導、修正、補充完善）。

總結應用：電磁感應現象中，感應電流方向的判斷步驟。（1）明確原磁場的方向。（2）明確穿過閉合電路的磁通量是增加還是減少。（3）根據楞次定律（增反減同）確定感應電流的磁場方向。（4）利用右手螺旋定則確定感應電流的方向。

科學探究與科學思維密不可分，在探究中思維，在思維中探究。該探究過程，將科學思維的5個水平展現得淋漓盡致。

總之，教師需要不斷活化學生思維，讓學生形成主動探究的習慣和意識，在反復的歷練中自然而然體悟科學思維與科學探究的魅力，使得科學思維、科學探究成為學習生活的常態。教師要充分將科學思維和科學探究融入教學，運用核心素養理論優化教學，讓教學更加高效而精彩。

參考文獻：

[1]李萍.“楞次定律”教學案例分析[J]物理之友，2019（5）：27-30

[2]卞志榮，蔣建明.核心素養導向下的“楞次定律”探究性實驗再探究[J]中學物理教學參考，2018（21）：64-67