核心素養視角下的初中物理科學思維培養策略

吳思怡

(江蘇省昆山市周市中學,江蘇 昆山 215300)

科學思維是指運用科學認知活動對所掌握材料加工處理的一種理論體系.從物理教學的角度分析,我們認為科學思維是指學習者能夠發現知識之間的內在聯系,并且將零散知識串聯成系統的邏輯體系,能夠自主探索科學現象,在推理驗證中解釋自然中事物的本質,揭示其中內在規律的具體反應[1].在科學思維的培養中,不僅要求學生掌握科學方法,如推理論證等,還需要在科學推理中善于質疑,能夠基于事實依據做出批判,提出創造性的見解等.由此可見,科學思維是一種高階思維,在初中物理教學中培養學生形成科學思維,促使學生的學習思維走向更深處,提升初中生的物理學習能力,對于初中生的科學品質以及科學精神發展有著重要的影響.

1 創設問題情境,培養科學探索思維

在物理教學中培養科學思維能力,需要學生經歷一系列的科學探索過程.其中以問題的發現為起點,打開學生的思維之門,讓學生在疑惑的驅動下,對開展科學探索產生濃厚的興趣,引發學生主動思考,這是科學思維形成的基本條件.問題情境的創設,可以將學生置身于某一個具體的情境中,給學生帶來身臨其境的感受,學生在情境的帶領下會主動發現問題,并對問題提出質疑,形成認知沖突,在渴望解決問題的意愿推動下進入到科學探索學習活動中[2].

如在參照物知識點教學中,教師可以利用實驗演示的方式創設直觀情境,將A物體和B物體放在同一高度的不同位置同時下落,其中A物體做自由落體運動,B物體向A物體做平拋運動,二者在運動中發生了碰撞,由此情境引發學生對問題的思考:為什么兩個物體的運動軌跡不同卻會相撞呢?教師通過問題情境創設的方式,不僅引發了學生對物理現象的觀察與思考,同時也可以借此引出參照物,讓學生初步掌握,選擇不同的參照物,對運動物體的描述也是不同的.又如,在“透鏡”一課教學中,教學目標是讓學生了解生活中常見的透鏡原理,教學中教師可以選擇不同類型的透鏡,如照相機、投影儀等,以此作為教具創設情境.通過多媒體設備展示照相機拍攝時的焦距調節過程,引導學生進入到生活情境中,思考“如何調節焦距?”“物距、像距與焦距之間有著怎樣的關系?”由此引發學生對問題的思考,形成科學探索的意識.教師通過多種問題情境創設的方式,讓學生在物理課堂中形成了新情境與原有認知之間的沖突,能夠有效激活學生的科學探究欲望,促使學生在科學探究中糾正錯誤的前概念,讓學生學會站在科學的視角分析問題,為后續科學解答問題奠定基礎.

2 建立物理模型,培養科學抽象思維

初中生正處于從具象思維向抽象思維過渡的階段,在學習物理知識時,需要培養學生的抽象思維.但是當學生剛剛接觸物理知識時,會因為物理知識過于抽象而產生畏懼心理,為了減輕學生的物理知識學習難度,教師可以引領學生在物理學習中建立簡單模型,嘗試將抽象的物理知識通過模型的形式概括性地呈現出來,這樣既可以讓抽象的物理概念變得生動、直觀,又可以進一步凸顯出物理問題的本質,直擊核心要素,引領學生在問題剖析及模型建構中發展科學抽象思維[3].

如在“杠桿的平衡條件”一課教學中,發現大部分學生對杠桿的理論知識理解不夠透徹,經常出現物理概念混淆等問題.為了解決學生對杠桿原理理解不足以及概念混淆的問題,教師可以選擇引入與杠桿原理有關的生活案例,通過生活案例幫助學生建立生活經驗與物理概念性知識之間的聯系.比如用指甲刀剪手指甲的現象,讓學生分析為什么我們沒有用多少力氣,卻可以輕松地將指甲剪掉,引領學生從簡單的生活案例分析中明白,指甲刀制作的原理就是杠桿原理.又如,引入汽車引擎蓋的開啟現象,抽象出杠桿原理的概念,幫助學生建立與杠桿原理有關的物理模型,當學生再遇到此類問題或者此類生活現象時,學生就會從已有的物理模型出發解釋生活現象,輕松化解物理難題,鍛煉學生的綜合分析能力以及抽象概括能力,助力學生科學抽象思維的形成.

3 巧妙搭建支架,培養科學推理思維

科學推理思維的培養需要學生根據已經掌握的所有信息條件,對科學現象或者科學問題展開一系列的推理,從而獲得答案的一種思維能力.在教學實踐中,教師通常會以問題為載體,為學生搭建推理、驗證的支架,促使學生對特定的事實進行縝密思考,引領學生感受科學的嚴謹性,能夠從科學問題的推理和驗證中領悟知識內涵,掌握物理規律.

比如在“浮力大小的影響因素”這個知識點教學中,需要學生結合生活經驗提出假設,并且為了驗證猜想而經歷實驗設計、推理驗證等過程.為了幫助學生完成科學推理的過程,教師在學生實踐探索之前,通過問題設置的方式給學生搭建簡單的支架,比如:(1)你感受過浮力嗎?(2)你認為浮力是否有方向?(3)請學生們猜測哪些因素可以影響浮力的大小?由此引發學生對問題的猜想,可以為學生的推理驗證提供思路.當然,支架的搭建以及使用不僅可以用在學生進行推理驗證之前,還可以運用于學生推理驗證過程中,教師可以根據學生的推理驗證發展進程,在學生的學習需要處設計支架,幫助學生渡過推理驗證的難關.比如,在“電路的基本連接方式”教學過程中,教師要求學生利用干電池、小燈泡、導線等材料組裝電路,并且在實驗探索中解答問題:若是在這個裝置中放入多個小燈泡,要如何連接這些燈呢?如何保證每一個燈都有一個單獨的開關控制?在學生的實驗推理過程中,教師還可以繼續追問,拓展學生的思維寬度與廣度:若調整開關的位置,此實驗中的小燈還會亮嗎?你認為會出現什么現象?由此,教師為學生搭建了科學推理驗證的平臺,通過多種形式引領學生參與到物理科學的推理過程中,實現科學推理思維培養在物理課堂全過程中的滲透,讓學生的學習思維始終保持活躍的狀態,促使學生對科學問題以及科學現象提出猜想與假設,并且為了驗證自己的猜想主動設計實驗、完成實驗操作,在科學實驗中發展科學推理思維.

4 借助思維導圖,培養科學創新思維

思維導圖是當前較為熱門的一種教學工具,在物理學習中,指導學生使用思維導圖,可以幫助學生找到各個知識點之間的相關之處,抓住知識點之間的內在聯系,促使學生將原本零散化的知識點梳理歸納在一起,建立系統化的知識體系.通過思維導圖的使用,可以幫助學生對知識框架進行深入研究與思考,進而跳出原有的知識框架束縛,能夠自主創新與拓展知識脈絡,為學生的物理學習提供更加廣闊的創造空間,助力學生科學創新思維能力的提升.

以光學知識的復習為例,在以往的復習學習中,學生往往抓不住復習的重點,只是簡單地將課本中的內容閱讀一遍,或者通過課堂記錄的閱讀完成復習任務,其實學生并沒有完成系統的知識梳理,對于知識的理解仍舊停留在原有的基礎.為了打破學生的思維禁錮,教師鼓勵學生使用思維導圖建立系統的光學知識框架,將自己在初中階段學習到的有關光學知識,按照一定的邏輯關系呈現在思維導圖中.這樣既給學生預留了創新拓展的空間,也可以促進學生創新思維的形成[4].例如在光學知識復習中,學生對光的反射內容做出了進一步的梳理,在思維導圖的幫助下不僅完成了對光的反射規律的深度探索,也幫助學生復習了以前學習的“光的折射”等內容.還有一部分學生在這部分知識梳理中聯系生活實際,將生活現象納入到思維導圖之中,比如區分水中的倒影、河水中的魚兒兩者現象形成的原因等,還整理了光的反射實驗材料、實驗步驟、實驗結果等.學生思維導圖繪制的過程,就是創新思維發展的過程,每一名學生的思維導圖繪制思路不同,思維發散的視角也就不同,可以通過個性化的思維導圖繪制幫助學生發展科學創新思維.

5 鼓勵質疑反思,培養科學批判思維

批判思維是學生必備的思維能力,也是發展學生形成科學思維過程中必不可少的因素.在初中物理教學中,教師應深度研究批判思維,認識到一個人的科學批判思維形成是建立在大腦活動之上,基于已有的一些理論或結論,能夠提出合理的質疑,并對疑問做出分析、得出結論[5].在初中物理教學中,教師應鼓勵學生質疑,培養學生形成善于質疑的品質,并且在質疑中不斷自我反思,能夠為了解答疑惑發展自身的科學探究能力,由此形成科學批評思維,促進我國科學水平的發展.

如在“平面鏡成像的特點”教學中,在以往的物理教學中教師會借助模擬實驗的方式,讓學生繪制出實驗的圖像,給學生提供總結平面鏡成像特點的機會.具體實驗過程是:圓圈A代表蠟燭,假設B代表平面鏡MN的成像,測量兩個圓圈到平面鏡的距離,根據測量得出的數據總結出“像、物到平面鏡的距離相等”的結論.但是,這個實驗的結論并不嚴謹,論據也不足,在此實驗的教學中教師應有意識地引導學生對實驗做出質疑與反思,不可全盤接受實驗,不可不加思考地認同每一個科學實驗,促使學生在質疑與反思中發現實驗方法存在的問題以及實驗結論的漏洞.由此,許多學生開始提出疑問,例如“我們所采用的實驗方法是否不對?”“我認為或許是實驗測量方法不對,導致測量獲取的數據存在誤差,這才影響了實驗結果.”在質疑的驅動下,學生經過討論以及合作學習,又一次完成了實驗探究:發現需要將平面鏡自身的厚度考慮進去,物距的測量需要從蠟燭的最右端開始到平面鏡的最遠處,以此促使學生敢于質疑、學會質疑,形成科學批判思維.

總之,科學思維是物理學科核心素養的重要組成部分,培養初中生的科學思維是新課標對物理教學提出的新要求.教學中要激活學生的科學探究熱情,教會學生理性分析問題,在問題的分析過程中建構物理模型,完善知識體系,促使物理學習效果的提升.