高中物理教學中培養學生科學思維能力的策略

余林

摘 要：在高中物理課堂教學過程中，只有當教師不斷革新理念以及變革教學方式，才能最大限度地整合教學資源，實現培養學生科學思維能力的目標。文中通過研究高中物理教學中培養學生科學思維能力的策略，希望能夠培養出優秀的高階思維人才。

關鍵詞：高中物理；科學思維能力；策略

科學思維能力是培養學生科學素養的關鍵，對于高中物理教學工作而言，教師只有充分注重培養學生的科學思維能力，才能有效提高教學效果。然而，當前高中物理教學仍存在著側重知識灌輸、缺乏啟發性問題和實踐探究等問題。因此，想要提高高中物理教學質量，需要深入探究高中物理教學中培養學生科學思維能力的優化策略，才能為學生后續的學習打下堅實的基礎。

一、高中物理科學思維組成要素

（一）模型構建

高中物理科學思維組成中的模型構建是物理科學思維的基礎和核心，模型構建是指根據已有的知識和理論，通過對物理現象的抽象和簡化，建立起一種描述和解釋這些現象的概念框架。物理模型可以是物體的幾何形狀、力的方向和大小關系、能量守恒等。在構建模型的過程中，需要運用物理學的基本概念和原理，并結合問題的背景和條件進行邏輯推理和分析。模型構建的步驟包括問題分析、概念建立、模型選擇、模型假設和模型驗證等。首先，需要對問題進行全面的分析，明確問題的要求和限制條件。然后，根據問題的特點和所涉及的物理概念，建立起相應的概念框架[1]。其次，在已有的物理模型中選擇適合解決問題的模型，并根據實際情況進行適當的模型簡化和近似。在模型構建的過程中，還需根據問題的實際情況提出合理的假設，以便對模型進行進一步的推導和分析。最后，通過實驗數據或數學計算的驗證，對構建的模型進行驗證和修正。物理模型的構建不僅可以解釋已知現象，還可以預測新的現象，指導實驗的設計和解釋實驗結果。通過模型構建，能夠幫助學生培養對物理問題的抽象和分析能力，提高學生的科學思維水平和創新能力。

（二）科學推理

在高中物理科學思維的組成中，科學推理是指基于已有的科學知識和實證數據，通過邏輯推理和分析，得出新的結論或預測。在物理科學中，科學推理主要包括歸納推理和演繹推理兩種形式，歸納推理是從特殊到一般的推理過程，根據對具體事實或實驗觀察的總結，得出普遍規律或原則，通過多次實驗觀察得到多組實驗結果，然后根據這些結果歸納出一條普遍規律或定律。演繹推理是從一般到特殊的推理過程，基于已有的理論知識和前提條件，通過邏輯推理得出特定結論，例如，根據已知的物理定律和條件，通過邏輯推理推導出特定的物理現象或實驗結果。

（三）科學論證

在高中物理科學思維的組成中，科學論證是指基于科學知識和實驗結果，通過邏輯推理和嚴密的論證過程，證明一個觀點、理論或假設的正確性[2]。在物理科學中，科學論證主要包括以下幾個步驟。第一，提出問題或假設。科學論證的起點是提出一個明確的問題或假設，這個問題或假設可以基于已有的科學理論和觀察結果，也可以是針對一個新的現象或問題所提出的。第二，收集和整理證據。為了論證問題或假設的正確性，需要收集和整理相關的證據和實驗結果，這些證據可以來自科學實驗、觀察數據、文獻研究等。第三，分析和解釋數據，對收集到的證據和實驗結果進行分析和解釋，包括使用數學模型、統計分析方法等對數據進行處理，并根據物理原理和理論進行解釋。隨后，建立邏輯鏈條，在論證過程中，需要建立一個嚴密的邏輯鏈條，將證據和理論相互連接起來，包括使用因果關系、推理演繹等邏輯方法，確保各個環節之間的邏輯關系緊密、嚴謹。第四，提出結論，根據論證的結果，提出一個明確而有說服力的結論。這個結論應該能夠回答問題或驗證假設，并且考慮到實驗誤差和不確定性等因素。

（四）質疑創新

在高中物理科學思維的組成中，質疑是指對現有理論、觀念或假設進行質疑和思考。在物理科學中，質疑能夠促使學生主動思考，并挑戰已有的知識和觀點，通過提出問題、對現有知識進行思考和探究，學生能夠深入理解物理現象和原理，并激發學生的學習興趣和創造力。創新是指在質疑和思考的基礎上，提出新的想法、方法或解決方案。在物理科學中，創新能夠幫助學生更好地理解和應用物理原理，并推動科學的進步，學生可以通過自己的觀察、實驗、分析和推理，從中獲得新的認識和見解，并提出新的研究課題、實驗設計或解決實際問題的方法。質疑和創新相輔相成，在高中物理學習中起到了重要的作用。質疑能夠培養學生的批判性思維和質疑態度，使其不滿足于已有的知識和觀點，勇于挑戰并尋找更深入的理解，而創新則能夠培養學生的創造力和創新思維，促使學生獨立思考、提出新的想法和解決方案，培養學生的科學素養和實踐能力。

二、高中物理教學中培養學生科學思維能力的優化策略

（一）以概念教學激發學生科學思維

在高中物理教學中，概念教學可以有效地激發學生的科學思維，高中物理教師可以基于多個角度展開對學生科學思維能力的培養[3]。通過引入相關的實例和現象，將物理概念與學生日常生活聯系起來，能夠使學生更好地理解和接受新的概念。在引入新概念之前，提出問題并鼓勵學生參與討論，讓學生思考問題的解決方案，并結合物理概念進行思考和推理，以激發學生自主學習和思考的能力。同時，鼓勵學生主動探索和發現物理規律，給予學生一定的探究空間和自主學習的機會，使學生在實踐中不斷嘗試、調整和總結，培養學生的科學思維和創新能力。在教學過程中，利用多媒體技術輔助概念教學，通過圖像、動畫、模擬等形式展示和解釋物理概念，使學生更加直觀地理解和掌握知識。此外，將物理知識應用于實際問題的解決過程中，引導學生分析和解決實際問題，使學生能夠將學到的物理知識與實際應用相結合，培養解決問題的能力和科學思維。

例如，在人教版必修第三冊第十三章《電磁感應與電磁波初步》的教學中，由于“電磁場”中的“磁感線”是典型的概念教學，學生如果能夠理解則有利于后續更好地掌握電磁場知識。為此，物理教師想要培養學生良好的科學性思維，則需要在物理教學時，將該單元的教學內容劃分成不同層次。如第一層可以設置為學生掌握磁場相關的物理模型以及磁感線物理模型；第二層則是為學生建立電磁場概念；第三層讓學生采用類比的方式對電磁場概念進行深入了解；第四層讓學生在學習電磁場相關知識時提出疑惑，并對不懂的知識點提出創新性的學習想法。高中物理教師應該基于教學目標確定課本所需運用的教學方法，用適合學生的方法進行教學，實現學生對物理知識的深入掌握，隨后由學生自主完成問題的探究，這對奠定本單元科學思維培養起到了重要的推動作用。

（二）以規律教學促使學生理解科學思維

在高中物理教學中，規律教學可以促使學生理解科學思維。在物理課堂教學過程中，引入新的物理概念或知識時，通過給學生提供一些實例和現象，引導學生進行觀察并總結出規律，通過這樣的過程，學生可以培養觀察、歸納和提煉規律的能

力[4]。同時，給學生提供一些真實的問題或挑戰，鼓勵學生運用物理概念和規律進行推理和解決，能夠有效激發學生主動思考和探索的欲望，培養學生對問題的分析和解決能力。教師在建立概念的聯系和相互關系時，讓學生了解不同概念之間的聯系和相互關系，幫助學生形成系統性的思維，通過解釋物理現象和特定規律的背后原理，讓學生明白各個概念之間的內在聯系，加深對科學思維的理解。在講解物理規律時，物理教師可以使用圖表和模型來幫助學生理解，通過可視化的形式展示規律，學生能夠更直觀地理解物理規律的變量、關系和趨勢。在學習物理規律時，鼓勵學生運用數學工具進行分析和計算，通過數學的抽象和邏輯推理，學生能夠更深入地理解物理規律，并培養學生的分析和推理能力。此外，組織學生進行調查和實驗，讓學生親自收集數據并分析結果，通過實踐和實驗，學生能夠親身體驗物理規律的驗證過程，加深對科學思維和規律的理解，這些能力對于學生在物理學習以及日常生活中的應用都具有重要的意義。

例如，在高一物理第三章《相互作用——力》的教學中，該單元涉及了“牛頓運動定律”，在力學知識方面，牛頓第一定律是學生學習的基石，并且在力學單元中具有重要的作用。物理教師在培養學生的科學思維時，可以將生活案例應用在課堂教學中，并為學生設置對應的情景化內容，有利于更好地使學生明確物體受力與運動之間的關系。此外，物理教師也可以借助伽利略的理想實驗展開對力學知識點的深入探討，并從實驗的角度進行分析，使學生對力學知識點存在的質疑。在對力學單元的教學過程中，高中物理教師采取理論知識講述法以及物理實驗展示法等多種不同的方式，為學生提供理論+實驗對比驗證的教學方法，以此使學生深入理解力學知識點和運動學之間的關聯性。最終在教學過程中促使學生能夠更好地以簡單的方式實現內容學習，同時對該部分內容進行強化，引導學生在后續的學習中敢于質疑，當學生對知識內容全部接受后繼續講解與慣性有關的內容，同時利用板書的方式幫助學生理解記憶。

（三）以學習教學的方式鞏固學生的科學思維

以學習教學的方式鞏固學生的科學思維時，物理教師應該設計具有開放性的問題和任務，鼓勵學生主動參與學習，提供具有挑戰性的開放性問題和任務。這些問題和任務能夠激發學生的探究興趣，讓學生主動運用科學思維進行分析、推理和解決問題。同時，物理教師引導學生對學習內容進行批判性思考，培養學生質疑和思考的能力，通過對不同觀點和證據進行比較和評價，可以培養學生科學思維中的批判性思維，提高學生對科學知識的理解和運用能力。在組織學生進行小組合作學習時，讓學生共同探究和解決問題，合作學習可以培養學生的團隊合作和交流能力，同時也能夠提高學生的科學思維能力，通過和其他人的思維碰撞和交流，促進對科學概念和規律的更深入理解。教師為學生提供及時的反饋和評估，幫助學生反思和改進學習過程中的科學思維，通過定期的測驗、作業和項目評估，可以了解學生的學習情況，并為學生提供相應的指導和支持。在鼓勵學生進行實踐和實驗時，讓學生親自體驗科學原理和規律，通過實際操作和觀察，學生能夠更加深入地理解科學概念和規律，培養出科學思維中的實踐和實驗能力。與此同時，引導學生對物理學習產生興趣和探索欲望，設計有趣和富有挑戰性的學習活動，激發學生的學習興趣，鼓勵學生主動參與并探索物理知識，鞏固科學思維。

例如，在《勻變速直線運動的研究》的單元教學中，整個單元知識點中包含有大量的重點知識內容，因此，基于科學思維培養和習題課教學時，高中物理教師可以給學生設置對應的教學目標。以此引導學生進行自主構建本模塊的知識網絡，同時，針對典型的物理習題進行講解、分析和推理時，能夠更好地促使學生完成對物理相關知識點的復習。在對速度與時間關系、位移與時間關系進行推理時，高中物理教師借助情境圖對其進行比較，并在習題訓練中分類掌握，將文字轉化為圖形，幫助學生提高科學思維能力。

（四）以實驗教學創新學生的科學思維

以實驗教學創新學生科學思維時，高中物理教師應該為學生設計一些富有挑戰性的實驗，讓學生親身參與并動手操作。這些實驗可以涉及一些有趣且復雜的物理現象或原理，鼓勵學生通過實踐和觀察來發現和理解科學規律，促進科學思維的培

養[5]。除了進行既定的實驗，也可以引導學生主動參與實驗設計的過程，通過讓學生自己設計實驗步驟、控制變量、收集數據等，培養學生的觀察能力、邏輯思維和創新能力，同時也加深對物理概念和原理的理解。在實驗進行過程中，鼓勵學生進行觀察和思考，引導學生仔細觀察實驗現象，分析實驗結果，從中得出結論并提出相應的解釋，這樣可以培養學生的科學思維，讓學生通過觀察和推理來理解和掌握物理知識。教師在指導學生完成既定的實驗過程時，也可以進行實驗探究性學習，讓學生通過實驗的自主探索，發現物理現象、總結規律，并進行深入思考，這樣的學習方式可以培養學生的創造力、解決問題的能力和科學思維的靈活性。在實驗完成后，引導學生對實驗結果進行分析和解釋，讓學生利用數據進行圖表的繪制，并將實驗結果與理論知識進行聯系，從中得出結論并解釋現象，這樣可以訓練學生分析問題、運用知識和推理的能力，鞏固和發展科學思維。

結束語

培養學生的科學思維能力是高中物理教學的重要任務，通過研究發現，培養學生的科學思維能力，有助于激發學生的學習興趣，提高學生的科學思維水平，并培養出具備探索精神、批判思維和解決問題能力的學生。教師想要將學生的科學思維能力培養落實到位，需要轉變以往的教學理念，積極優化課堂教學模式，才能為學生科學思維能力的提升奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]余潔瓊.高中物理教學中模型構建的實踐研究[D].重慶：西南大學，2022.

[2]王莉，廖元錫.同伴互助在高中物理科學論證教學中的應用[J].物理教師，2020，41（9）：15-18，23.

[3]吳金勇.高中物理教學中學生形象思維能力培養途徑探究[J].當代教研論叢，2020（8）：81.

[4]張慶民.核心素養下高中物理課堂教學創新探討[N].科學導報，2023-10-10（B2）.

[5]宋丹丹.新高考背景下高中物理實驗教學面臨的挑戰與對策研究[D].信陽：信陽師范學院，2023.