基于科學思維培養的高中物理教學策略研究

文/吳素香

引 言

作為一門重思維、重實踐的課程，物理同社會大眾的生活實際之間具有非常緊密的聯系。尤其是進入高中階段的物理課程學習后，物理知識不僅在“數量”上有了極大提升的變化趨勢，在“質量”方面也有了大幅度升級，抽象性、創新性等學科知識及類型題大大增加。此時，教師如果繼續遵從傳統的授課方式，忽視對學生思維能力及核心素養的培養，就無法從根本上提高學生的物理學習能力，無法真正實現“真教”這一教學目標。對此，教師應以核心素養培養為指導，強化對學生科學思維的專項培養，助力物理高效課堂順利構建。

一、科學思維概述

科學思維是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》下高中物理學科核心素養培養的基本指標之一，也是確保物理學科教學向高質量發展不可或缺的條件之一。所謂的科學思維，是指學生通過參與物理學科的學習實踐活動逐步形成立足物理學科視角對所遇到的客觀事物進行認知的能力。科學思維屬于一種高階思維方式，需要學生充分調用自己過往的學習經驗、經歷等，通過抽象分析、推理論證和概括總結來構建理想模型的一種思維方式。而學科思想方法同樣可以劃歸到科學思維這一范疇中，涵蓋了質疑、創新、論證、推理等思維活動要素，是助力學生高階思維能力發展不可或缺的思維品質或能力。

二、高中物理教學中培養科學思維的重要性

思維在整個物理課程學習中占有重要的地位。無論認識、理解物理課程知識以及求解物理問題，還是對現實生活中的各種物理現象進行解釋等，都涉及科學思維的運用。學生離開了科學思維的支持，就無法深刻理解物理知識的內涵，更無法有效促進自身創造力、推理論證等關鍵能力的發展，最終會影響對學生物理學科核心素養的培養。教師如果結合物理教學實踐活動，有目的地設計一些有利于培養學生科學思維的教學活動，就可以有效解決當下高中物理灌輸式教學模式應用中存在的問題，有效激發學生物理學習興趣，降低他們理解物理知識的難度，提高他們的物理問題分析及求解能力。此外，基于科學思維的培養，教師可以從根本上促進學生的物理學習力提升，逐步培養學生物理學習自信心，提升學生自學能力和探究能力等物理綜合素質，最終在助力學生發展物理學科核心素養的同時，使物理課堂教學高質量發展。

三、高中物理教學中培養科學思維的具體策略

（一）培養學生科學態度，夯實科學思維培養基礎

科學態度是培養學生科學思維的基礎，是一種在求知過程中所表現出來的嚴謹、認真或者刻苦等良好的品質[1]。學生只有具備科學態度，才能夠更好地促進自身科學思維的發展。物理學科本身包含著豐富的科學知識。為了更好地學習及理解物理學科知識，學生要秉承嚴謹、認真的學習態度，主動積極地參與到各種各樣的物理探究學習活動中，積極思考，深度學習。教師在物理教學過程中要注意有計劃地指導學生形成科學態度，使他們正確理解及明確物理學科的本質屬性及內涵等。這就需要教師在各個教學環節全面融入科學態度培養理念，夯實學生科學思維培養基礎。

具體來說，教師可以在物理新知導入環節或者實驗教學環節等有效地融入科學態度培養理念，使學生意識到知識的探尋過程或者實驗操作等都要貫徹嚴謹、認真、科學的態度，否則會對最終學習或實驗成果帶來負面影響。例如，在教學“自由落地運動”內容時，教師可以結合伽利略探索“自由落地運動”的相關故事及事跡，使學生清楚地了解伽利略在探索科學實驗過程中所做出的各種各樣的努力，以及其身上所展現出來的嚴謹、科學、認真乃至堅持不懈等良好的品質與態度。這些拓展性知識在課堂教學中的融入，不僅可以對課堂教學內容進行補充，增強教學趣味性，還可以借助故事講述使學生感受到這些偉大物理學家身上所秉承的良好科學態度，這些都可以助力他們科學態度的養成。此外，教師還要注意充分強化自身的“身教”作用，即在備課、教研或者課堂教學過程中始終注意規范自己的言行舉止，尤其要注意向學生傳授嚴謹、科學及認真等思想，這對他們科學態度的養成有積極意義。例如，教師在課堂上為學生演示各種物理實驗時，要注意對自己的各項實驗操作流程進行規范，并告訴學生不規范操作可能會帶來的危險或不利影響，助力學生科學態度的養成。

（二）有效開展情境教學，引發科學思維認知沖突

基于建構主義可知，學生在學習物理知識的過程中對物理概念、性質乃至規律等的認知及理解都是建立在他們已有學習和生活經驗的基礎上，以及結合同伴或教師的輔助來進行主動構建的。而科學思維的培養必須立足引發學生科學思維的認知沖突，讓他們有所思、有所想，這樣才能實現科學思維培養目標。而情境創設是引發學生認知沖突的有效手段，具體就是教師要結合學生自身年齡及學習特征、物理知識學習基礎等實際情況，科學創設真實的生活化、媒體化等類型的情境，促使學生在課堂學習中積極投入內在情感，引發自己的認知沖突，在主動構建物理分析模型或者求解問題的過程中提高自身的思維能力，助力自身科學思維的發展。

例如，在教學“力的分解”這一內容時，為了引發學生的認知沖突，教師可以巧妙地應用體驗情境、問題情境等多樣化的情境創設法，引導學生聯系自身的生活實際，在情境啟發下積極開展思考和深度學習活動，更好地助力學生的科學思維發展。在新課導入教學環節中，教師可以指導學生張開雙臂并將雙臂放在兩側的桌子上面，之后讓他們用雙臂發力將身體支撐起來，保持雙腳處于離地狀態。在這個過程中，教師要指導學生認真體會身側桌子之間的間距、手臂張開角度、手臂受力三者之間的關系。當學生融入體驗活動情境后會形成“手臂張開的角度越大，就需要給予更大的支撐力來支撐身體”這一概念，教師可以借機指導學生結合自己的認知，通過認真思考對相應的體驗活動原理進行分析。此外，教師還可以結合學生本身存在的認知沖突來科學地設計一些思考題，引導學生通過認真思考、推理論證、歸納和總結等過程，進一步引發認知沖突，如可以設置如下幾個階梯化或層次化的問題：（1）兩個力可以采用一個合力進行等效替代，那么一個力是否可以運用兩個力進行等效替代呢？（2）在對力進行分解過程中需要遵從何種法則呢？什么時候才需要對一個力進行分解呢？（3）在分解一個已知力的時候涉及哪些方式？如何確定兩個分力的方向呢？通過這些問題的提出，教師可以進一步促進學生積極思考，有效鍛煉他們的思維能力。

（三）加強科學探究指導，傳授科學思維方式方法

科學思維的發展離不開科學思維方式方法的支持，而科學探究是學生開展科學創新活動的基礎與前提，因為創新過程本質上就是思維創新性運用的環節。為了更好地發展學生的科學思維，教師就要科學地設計一系列學生感興趣的科學探究活動，并在相應科學探究活動中有效滲透科學指導思想與理念，借助科學思維方式方法助力學生科學思維的順利發展。但是在開展科學探究活動期間，教師要注意立足促進學生探究能力和科學思維發展視角，靈活地采用實驗探究任務、課外實踐活動或者課程教學內容優化等方式，使學生在整個物理課堂教學活動中可以積極思考，徹底擺脫傳統的“唯教材論”或“唯教師論”等理念，確保全體學生在所設計的物理探究活動中可以大膽質疑，有效思考和深入探究，強化學生學習主觀能動性的發揮，促進學生科學思維的發展[2]。

例如，當下物理教材中關于“點電荷”本身所形成電場的介紹不夠詳細，如缺乏明確的公式對電場之中的電勢大小情況進行界定，僅僅是要求學生學會借助電場線方向判斷電勢大小即可。這樣僅僅是從定性分析視角使學生了解電場中電勢大小的變化情況，導致學生無法深入把握內在的科學原理與機理，理解不夠深刻。為了有效促進學生科學思維的發展，教師可以借助定量計算的方式，指導學生一同開展科學探究活動，幫助學生進一步深刻理解“電場之中的電勢大小情況”，使學生切實明確“點電荷”本身所形成的周邊電場中電勢能、電勢等相關指標的量化情況，更好地助力學生科學思維的形成，提高學生物理問題求解能力。此外，在對科學探究活動進行設計期間，教師要立足學生實踐動手實操能力及科學思維等培養視角，設計多樣化的活動，如“電池電阻與電動勢探究”“速度和功變化關系探究”“碰撞中不變量探究”等，有效培養學生的物理探究能力和科學思維。或者，教師也可以充分考慮學生的喜好，緊密結合物理教材內容及學生的生活實際情況，指導他們從物理學視角來分析相關現象或者分析有關的生活化問題，如指導他們參觀周邊的風力發電站，同時為他們講解電磁感應方面的知識，以此來加深他們對所學物理知識的理解，有效鍛煉他們的分析問題及求解能力。

（四）立足科學思維培養，持續優化物理教學過程

為了進一步抓住物理教學時機來促進學生科學思維的順利形成，教師要注意將科學思維培養理念貫穿于物理教學的始終，如課前自主預習環節、習題講解環節、課后復習環節或者實驗教學環節等。這些環節都可以基于科學思維培養視角進行持續改進及優化。教師要使高中物理教學中的各個環節都成為助力學生科學思維形成的重要教學階段。

例如，在物理習題教學中，教師可以抓住物理習題處理的方式方法，指導學生對整個習題分析中的科學推理過程進行認真把握，在側重學生物理解題能力發展的同時，有效促進學生科學思維的養成，助力學生學科核心素養順利形成。在實際的物理習題教學及指導中，教師可以將極限思維、整體思維等多種多樣的思維方法傳授給學生，使學生靈活地運用極限放大或極限縮小的思維方式來推理及分析相關物理問題，快速找到相關物理問題的突破口。

例1：在某一半徑是R 的絕緣環上面均勻地分布電荷（電荷量是Q），而在垂直于其平面的對稱軸上面存在點P，其和圓環中心相距L，靜電力常量是k，試求點P 處的電場強度E，正確的表達式是下列哪個選項（ ）。

A.E=B.E=

C.E=D.E=

解析：針對本道物理題的求解，教師要注意指導學生采取標準化、合理化的思維方式，以科學的思維流程及方式對整個分析過程進行表達。具體如下：假定R=0，那么可以將絕緣環本身看成點電荷，借助其場強求解公式即可確定點P 場強是之后將R=0 代入其中可以發現僅僅選項A 與D 二者滿足題干條件。如果L=0，此時P 點的場強是0，之后將其繼續帶入選項A 與D，發現僅僅選項D 滿足題干條件，故本道題的正確選項是D。通過這種基于有效思考開展的解題分析活動，可以促進學生推理論證能力的發展，助力學生科學思維品質的形成。

結 語

總之，科學思維培養是高中物理學科核心素養培養的要求之一，能對學生物理綜合素質的發展產生極大影響。在物理教學中滲透科學思維培養理念，教師可以從培養學生的科學態度出發，注重有效開展問題情境、實驗情境或媒體情境教學，確保可以引發學生科學思維認知沖突，同時還要注意加強科學探究指導，有計劃地傳授給學生必要的科學思維方式方法，并持續優化物理教學過程，保證全面培養學生的科學思維。