核心素養導向下高中物理科學思維能力的培養

福建省三明市永安市第三中學 許榮佳

如今，學生的科學思維水平相對較低。在問題解決中，許多學生只會簡單套用公式，不會進行靈活思考。同時，部分學生不善于進行科學論證，其原因主要歸咎于教學中不重視學生科學思維能力的培養，以“講授式”教法為主，將過多精力放在了概念、公式等內容講解上。在這樣的背景下，我們需要積極探索培養學生科學思維能力的有效途徑。

一、創設課堂情境

一個好的情境，能大大提高課堂教學效果，激發學生科學思維興趣。課上，為開啟學生思維，要緊密聯系學生實際生活，精心創設生活化情境，用生活現象或生活事例說明物理規律，讓學生學會靈活思考。同時，要根據教材內容，精心創設多媒體情境，用多媒體播放合適的影片情節等，鼓勵學生認真觀察，有針對性地喚醒他們的科學思維。另外，為保證學生養成良好科學思維習慣，能主動進行一定的思考，要注意創設故事情境、表演情境等趣味性較強的教學情境，于豐富多彩的課堂情境下引導學生科學思維的發展。例如，“走進運動的世界”一課教學時，可提前搜集《科技之光》《動物世界》電視片段，在課堂導入環節為學生播放雄鷹在空中飛翔、飛機在天空劃過、衛星在宇宙運行、汽車在公路飛馳等反映物體運動的有關畫面。基于這樣一個情境，請學生綜合分析，并回顧已掌握的機械運動知識，提出一些關于運動的話題。其間，學生將運用分析綜合等科學思維方法提出自己的想法。在這個過程中，有的學生將提出這樣一個有關運動的話題：“如何描述物體的機械運動？要從幾個方面去描述？”結合這個運動話題，繼續為學生播放2003 年10 月15 日第一艘飛船成功升空的視頻，請學生思考：假如你是文學家，你如何描述它的運動？其間，可指導學生參照2003 年10 月17 日光明日報中文學家的描述內容。課堂導入中，通過創設課堂情境，能讓學生科學思維能力得到較好鍛煉，使他們更善于靈活思考。

二、善用問題導向

當學生具備科學思維以后，他們能針對相關物理問題提出自己的創造性見解。為保證學生思維參與度，要精心設計課堂問題。面對有連貫性的問題鏈，學生將展開自發思維活動，自主進行推理。問題鏈的設計要符合學生認知水平。同時，要注意抓住學生不正確的認知進行提問，引發他們積極思考。其間，可指導學生積極展開反向思維，以相對靈活的思維方式解決問題。另外，要善用問題對學生思維形成正確指引，助力他們準確表述自己的思維，最終養成良好的科學思維能力。例如，在“重力與重心”一課教學時，可提前布置學生復習初中的有關力的知識，并做好教材新知預習。課上，先要求學生自主閱讀教材內容，再回答這樣一個相對簡單的問題：“自然界中四種基本的相互作用是什么？重力、彈力、摩擦力是怎樣產生的？”面對這個問題，學生將展開積極思考，并準確表述自己的思維：“自然界中四種基本的相互作用有萬有引力、電磁力……”接著，可繼續引導學生回顧初中學過的重力知識，并閱讀課文中重力部分，思考這樣一個問題：“如果地球附近物體不受重力作用，會怎樣？”問題思考中，學生將用具體例子做證據，推理沒有重力的景象。隨即，可繼續追問學生：“實驗室里、生活生產中測量重力的方法有哪些？”再提問學生：“如何計算重力大小？重力方向有什么特點？”步步設問，激勵學生主動展開科學思維活動，探尋問題答案。

三、增加課堂互動

課堂互動能讓學生科學思維能力有所提升。以往教學中，學生始終處于被動接受知識的學習狀態，學習效率低且思維參與度不高。針對這個問題，要精心設計課堂互動環節，營造良好師生互動空間，并在每一節課上給學生預留5 分鐘自我展示時間，鼓勵某個學生扮演“小老師”角色，上講臺講授新課知識，再對他們所講授的內容做補充。這樣能顯著提高學生思維參與度，鼓勵他們積極思考，質疑創新，自行歸納總結相關知識點。同時，課堂互動中，可適時安排小組合作學習任務，借助任務驅動學生形成思維上的碰撞，讓他們慢慢形成良好的科學思維習慣。例如，在“平拋運動”一課教學中，可以課堂互動方式啟發學生進行科學推理，發展他們的科學思維。課上，先拿出提前準備好的小球，將小球放在桌上，用力擊打桌子，使小球以一定水平初速度離開桌面，請學生仔細觀察小球平拋運動軌跡。觀察中，學生將發現小球的運動軌跡是一條曲線。接著，可要求學生繼續結合平拋運動，分析小球在豎直方向上的受力情況。其間，通過思考，學生將分析出小球只受到重力作用。然后，可繼續與學生進行互動，請他們說一說哪種已經學過的運動形式只在重力作用下實現。面對這個問題，學生將回答出“自由落體運動”這個正確答案，并大膽提出自己的猜想：平拋運動豎直方向上的分運動有可能是自由落體運動。當學生提出自己的猜想以后，可引導他們以實驗方式驗證猜想。互動中，學生將獲得豐富的平拋運動科學推理體驗，養成良好科學思維能力。

四、借助科學探究

在實際教學中，為了更好地發展學生的科學思維能力，要發揮好科學探究教學活動的作用。在科學探究活動具體設計中，要針對以往教學中探究實驗教學效果不佳的問題，從發現問題、分析問題、解決問題出發，組織學生參與實驗探究過程，最大限度熏陶他們的科學思維。基于實驗探究教學情境，可將實驗探究內容錄制成短視頻，方便學生直觀觀察實驗，順利完成對實驗的探究和論證。另外，可進行分組實驗。在實驗器材相對充足的條件下，將學生分為若干個學習小組，要求他們以小組為單位，合作設計實驗方案。另外，可根據實際情況，組織個人實驗探究活動，于探究未知中提升學生科學思維。例如，在“電流”一課教學中，可先請學生自學教材，認識電流、電流符號I 和單位A，學習電流公式I=U/R。接著，對比實物，講授電流的測量知識點。當學生掌握電流測量方法以后，安排他們進行分組實驗，將全班學生分為若干個學習小組，向他們分配這樣一個探究任務：測量通過燈泡的電流，正確探究出電流值。分組實驗中，指導學生先畫出對應電路圖，再連接電路，用電流表測量電流值。同時，要嘗試改變電源電壓，再次測量。分組探究中，學生將集思廣益，形成思維上的碰撞，在科學探究體驗中養成良好的科學思維，正確推理出具體電流值。

五、培養模型建構

在對學生科學思維能力進行培養時，要把握好模型建構環節。課上，可先向學生簡單介紹過程模型、狀態模型、物質模型、結構模型幾種模型分類。待學生掌握了模型分類以后，有針對性地為他們布置模型建構任務，要求他們利用物理模型分析、解決問題。模型建構過程中，學生將在不知不覺中建立起良好的形象思維，養成一定的科學思維能力。但是，在模型建構活動具體開展過程中，要充分考慮學生的認知規律，且要在適當情境下出示模型建構任務內容，靈活應用各種模型揭示物理現象，以取得較好的科學思維培育效果。例如，“能量的多種形式”一課教學時，為較好地發展學生科學思維，可設計一個模型建構比賽。賽前，提前為學生準備好氣球、橡皮筋、木板小車等所需材料。接著，要求學生發散自己的思維，動手操作，用一些簡單的物品讓小車動起來。模型建構中，有的學生嘗試把氣球吹脹，將其放在小車尾部，再把氣球放氣，用氣流形成的能量推動小車；有的學生嘗試用釘子把橡皮筋固定在桌子一端，再用橡皮筋的另一頭綁住小車，用橡皮筋的彈力（儲存在橡皮筋里的能量）牽動小車；還有的學生嘗試把帆架在小車上，用風能讓小車動起來。其間，鼓勵學生相互分享自己構建的模型，談談模型建構思路。整個模型建構活動中，學生不僅能真切體會到能量的多種多樣，還將從中實現思維水平的提高，提升科學思維。

笛卡爾曾說：“我思故我在。”日常教學中，對學生科學思維能力核心素養進行培養尤為重要。課上，為提高學生科學思維水平，要精心創設合適的課堂情境，并善用問題驅動學生學會靈活思考。同時，要注意增加師生互動機會，科學安排一些科學探究活動，并指導學生建構相應模型，以保證他們能力得到有效提升。