高中物理教學中學生科學思維培養現狀調查分析與建議

高秀麗 許文慧

［摘 要］文章立足問卷調查結果和教師訪談情況，分析高中物理教師對物理學科核心素養和科學思維的認知程度、高中物理教師的科學思維培養意識及培養現狀、高中物理教師培養學生科學思維的途徑與策略，并提出在高中物理教學中培養學生科學思維的建議。

［關鍵詞］科學思維；高中物理；調查分析；建議

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）21-0008-04

隨著教育部提出學生發展核心素養體系，學生核心素養的培養成為當前基礎教育的重要任務。物理學科核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面。其中，科學思維是物理學科核心素養的核心內容，主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。培養學生的科學思維是物理教師的重要教學任務。

自從《普通高中物理課程標準（2017年版）》頒布以來，核心素養的培養在高中物理教學中是否真正得到落實？在高中物理教學中學生科學思維的培養現狀如何？針對這些問題，筆者帶領研究團隊通過線上對全國各地的高中物理教師進行了隨機問卷調查。此次問卷調查的目的是了解高中物理教師對物理學科核心素養和科學思維的認知程度，了解高中物理教師的科學思維培養意識、途徑、策略和存在的困難等，并在分析調查結果的基礎上提出在高中物理教學中培養學生科學思維的建議。本次調查共回收有效問卷107份，參與問卷調查的教師中本科學歷的占63.92%，研究生學歷的占29.48%，博士研究生學歷的占3.81%，大專學歷的占2.79%。任教高一的教師占32.71%，任教高二的教師占32.71%，任教高三的教師占34.58%，參與問卷調查的教師基本上均勻分布在高中三個年級。教齡30年以上的教師占8.41%，教齡20年至30年的教師占45.79%，教齡10年至20年的教師占30.84%，教齡5年至10年的教師占3.74%，教齡1年至5年的教師占11.21%，參與問卷調查的教師有85.04%是教齡在10年以上且有著豐富教學經驗的，這在一定程度上保證了問卷調查結果的可靠性。

一、高中物理教師對物理學科核心素養和科學思維的認知程度

（一）調查基本情況

從“您認為物理學科核心素養包括哪些方面？”的問卷調查結果可以看出，認為物理學科核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任的教師分別占92.59%、91.67%、80.56%、80.56%。而認為質疑創新、科學推理、科學態度與價值觀、科學論證也屬于物理學科核心素養的要素的教師分別占45.37%、51.85%、56.48%、32.41%。

在關于高中物理教師對科學思維的認知程度的問卷調查中發現，認為模型建構、科學論證、科學推理、質疑創新屬于科學思維素養要素的教師分別占94.39%、78.50%、81.31%、68.22%。其中71.03%的教師認為邏輯推理屬于科學思維素養要素，而認為科學批判、演繹推理、分析綜合也屬于科學思維素養要素的教師分別占41.12%、51.40%、48.60%。

（二）調查結果分析

從問卷調查結果來看，四個要素都有80%以上的教師選擇，也就是說，對于物理學科核心素養包括哪些方面，大多數教師是比較清晰的。相對而言，教師對于物理學科核心素養的子要素科學思維包含的要素則了解較少，僅有68.22%的教師認為質疑創新屬于科學思維素養要素，而錯誤選擇“邏輯推理”選項的教師占71.03%，能正確選擇模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新四個選項的教師僅占14.95%。這說明大部分教師對科學思維有初步認識，但并沒有進一步對其構成要素進行深入了解和研究。

二、高中物理教師的科學思維培養意識及培養現狀

（一）調查基本情況

由問卷調查結果可以看出，84.26%的教師認為在高中物理教學中培養學生的科學思維是非常有必要的，14.81%的教師認為在高中物理教學中培養學生的科學思維是有必要的。

從“您平時會通過哪些途徑了解科學思維的概念和相關培養策略？”這一問題的調查結果來看，通過網絡搜索和閱讀教育期刊了解科學思維的概念和相關培養策略的教師最多，分別占80.56%和72.22%，其次是通過工作培訓和教輔用書了解科學思維的概念和相關培養策略，分別占64.81%和50%，有9.26%的教師是通過其他途徑了解科學思維的概念和相關培養策略的，例如通過閱讀專業書籍、學科課程標準、學術書籍及參加學術會議和學術交流活動等，但也有1.85%的教師表示沒有專門了解過科學思維的概念和相關培養策略。

關于“在課前備課過程中會注意挖掘并整理高中物理教材中與科學思維相關的內容嗎？”的調查結果顯示，選擇“非常注意”“注意”“比較注意”“不注意”的教師分別占45.79%、32.71%、17.76%和3.74%。

課堂教學是培養學生科學思維的主要陣地。在高中物理教學中，有47.66%的教師已經開始有計劃、有目的地去培養學生的科學思維；有40.19%的教師開始探索培養科學思維的途徑和方法；有11.21%的教師有想過要培養學生的科學思維，但是沒有時間與方法；從來沒有想過培養學生的科學思維的教師僅占0.93%（見圖1）。

從高中物理教師在課堂教學中對學生模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新能力的培養現狀的調查結果可以看出，72.90%的教師經常有在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構活動，26.17%的教師偶爾有在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構活動，幾乎沒有在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構活動的教師僅占0.93%（見圖2）。64.49%的教師經常會在課堂上引導學生基于證據進行分析和推理活動，31.78%的教師偶爾會在課堂上引導學生基于證據進行分析和推理活動，幾乎不會在課堂上引導學生基于證據進行分析和推理活動的教師占2.8%，從來不會在課堂上引導學生基于證據進行分析和推理活動的教師占0.93%（見圖3）。

（二）調查結果分析

1.教師重視學生科學思維的培養但教學實施不足

從問卷調查結果來看，99%以上的教師認為在高中物理教學中培養學生的科學思維是必要的，也就是說大部分教師意識到培養學生科學思維的重要性且會主動通過各種途徑進行相關的理論學習。但能夠有計劃、有目的地去培養學生的科學思維的教師僅占47.66%，而非常注意在課前備課過程中挖掘并整理高中物理教材中與科學思維相關的內容的教師也僅占45.79%。其中的原因：一是教師缺乏培養學生科學思維的方法和途徑，對于學生科學思維的培養還在摸索過程中，而從了解科學思維的概念和相關培養策略的途徑可以看出，教師較少經過系統的學習培訓，更多的是通過自己查閱資料來了解；二是由于高中課時緊張，高考壓力大，教師沒有時間和精力對學生科學思維的培養進行研究。

2.教師對學生模型建構能力培養的重視程度高于其他科學思維能力

從問卷調查結果可以看出，72.90%的教師會在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構活動，64.49%的教師經常會在課堂上引導學生基于證據進行分析和推理活動，這說明教師更重視對學生模型建構能力的培養。大部分教師對模型建構能力的培養策略更加了解，更能將模型建構與課堂教學相融合。

三、高中物理教師培養學生科學思維的途徑與策略

（一）調查基本情況

從“通常情況下您是如何來進行物理實驗教學的？”這一問題的調查結果來看，有51.40%的教師選擇“板書推導和口述實驗原理和過程，強調實驗重點”，有66.36%的教師選擇“多媒體演示，強調實驗重點”，有68.22%的教師選擇“演示實驗，學生觀察”，有62.62%的教師選擇“講解實驗原理和實驗步驟后讓學生動手實驗”，僅有43.93%的教師選擇“引導學生自主探究”（見圖4）。

從“您認為以下哪些手段能有效提高學生的科學思維能力？”這一問題的調查結果來看，有89.81%的教師選擇“創設情境，提出問題，引導學生探究、分析和質疑”，有84.26%的教師選擇“課堂師生互動，創造質疑環境”，有75%的教師選擇“創設與實際生活相聯系的情境，培養學生的建模、分析和解決問題能力”，有68.52%的教師選擇“采用問題教學法，培養學生的分析問題和解決問題的能力”，有60.19%的教師選擇“給予學生成功的質疑體驗，使學生樂于質疑”，有54.63%的教師選擇“傳授質疑方法，鼓勵學生質疑”（見圖5）。

（二）調查結果分析

1.教師選取的實驗教學方式不利于學生科學思維的培養

從問卷調查結果可以看出，68.22%的教師選擇“演示實驗，學生觀察”這一物理實驗教學方式；62.62%的教師會讓學生動手實驗，但學生動手實驗前，教師會先講解實驗原理和實驗步驟，而能夠引導學生自主探究的教師僅占43.93%。由此可見，教師在進行物理實驗教學時注重明確實驗步驟，強調實驗重點，但忽視了引導學生自主建構知識和自主探究物理規律。這種實驗教學方式不利于調動學生的學習積極性與激發學生的創造力，也不利于培養學生的科學推理、科學論證、質疑創新能力。同時從側面反映了教師缺乏培養學生科學思維的有效途徑和策略，沒能很好地利用實驗教學培養學生的科學思維。

2.教師普遍認可通過“創設情境，提出問題，引導學生探究、分析和質疑”這一手段落實科學思維的培養

從問卷調查結果可以看出，有89.81%的教師認為通過“創設情境，提出問題，引導學生探究、分析和質疑”這一手段能有效培養學生的科學思維。筆者對個別教師進行了訪談，從中了解到教師認為創設相關情境有激發學生學習興趣、幫助學生理解抽象的物理概念和規律等作用，而提出有效問題，能培養學生分析問題、解決問題的能力，這說明不少教師對創設情境進行教學是重視的。

四、在高中物理教學中培養學生科學思維的建議

（一）基于需求規劃“教師核心素養培養”系列培訓

從“您認為在對學生科學思維培養方面自己需要提高的是什么？”這一問題的調查結果來看，參與調查的教師普遍認為“相關的理論知識”“課堂教學能力”“現代教學手段”“課程資源的開發能力”“教育教學研究能力”都需要提高。自新課程改革和新課標實施以來，國家、省、市各級均開展了一系列的教師培訓，但從培訓效果反饋來看，各級教師新課程培訓缺乏統籌安排和頂層設計，培訓的內容還沒有真正基于教師的需求進行系統規劃。

筆者對個別教師進行了訪談，從中了解到有些培訓內容多次重復，而有些培訓內容卻沒有涉及，理論的普及、教學實施路徑和策略還不夠具體化。目前，物理新課程教師培訓的內容主要是圍繞物理新課程標準和物理學科核心素養。從問卷調查結果來看，對于物理學科核心素養包括哪些要素，大多數教師還是比較清晰的，但對于物理學科核心素養的四個要素包含哪些子要素卻不太清楚。筆者了解到，目前市面上關于物理學科核心素養的四個要素的理論書籍還比較少。可見，要使核心素養的培養真正能夠在課堂教學中落實，需要把核心素養具體化，需要教師真正理解核心素養每一個要素的內涵。因此，建議各級教育主管部門和教學教研部門圍繞核心素養四個要素的相關理論、課堂教學中如何落實核心素養等開展系列化教師培訓。

（二）基于案例培訓強化教師科學思維培養意識

從“您認為在中學物理教學中培養科學思維的主要困難有哪些？”這一問題的調查結果可以看出，參與調查的教師普遍認為主要困難有：對新課程理念缺乏足夠的認識、沒有準確把握科學思維教育內容 、缺乏系統的科學思維培養策略與方法、無法對科學思維進行外顯化評價。由此可見，教師一方面要加強有關新課程理念和科學思維的系統培訓，另一方面要加強有關科學思維培養策略與方法的系統培訓。建議結合具體的教學案例或教學片段開展科學思維培養策略與方法的培訓。在這過程中，教師應思考：教學案例如何體現科學思維？具體體現了模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新的哪一方面？如何體現？采用怎樣的教學策略和方法落實科學思維培養？從問卷調查結果可以看出，教師普遍認為可以通過“創設情境，提出問題，引導學生探究、分析和質疑”這一手段落實科學思維的培養。對此，筆者團隊就科學思維培養的“情境—探究—應用”教學模式進行了實踐研究，以期為一線教師培養學生科學思維提供參考。

（三）統籌開發科學思維培養案例微視頻

從目前的科學思維培養現狀來看，絕大多數教師已經具有培養學生科學思維的意識，并且開始在教學實踐中進行探索，為此，建議統籌開發科學思維培養案例微視頻。可以針對某一教學環節開發，如針對概念的建構環節開發微視頻，或者針對規律的形成環節開發微視頻，所開發的微視頻要關注學生外顯的科學思維培養過程。也可以按照科學思維各子要素的培養目標開發微視頻，如按照模型建構能力培養開發微視頻，或者按照科學推理、科學論證、質疑創新等能力的培養開發微視頻。這些微視頻為教師培養學生的科學思維提供了實施范例，大大促進了學生科學思維的培養在課堂教學中有效落地。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

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［4］? 曹寶龍.課堂教學中培養學科核心素養的基本問題［J］.物理教學探討，2022（6）：1-4.

［5］? 鄧浩儀，張軍朋.國內物理課程視角下科學思維研究現狀、熱點及啟示：基于CNKI中文文獻的可視化分析［J］.物理通報，2022（8）：144-149，161.