初中物理教學中學生科學思維培養(yǎng)策略研究

摘 要：從《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課程標準”）中對科學思維的定義來看，科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等內容。基于此，在物理教學時，教師應借助多樣的教學方法，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。文章從情境再現(xiàn)、課上提問、構建模型、物理實驗、課后拓展五個方面入手對初中物理教學中培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)進行了分析。

關鍵詞：情境；提問；模型；實驗；課后

中圖分類號：G633.7"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1673-8918（2024）51-0130-03

一、 初中物理核心素養(yǎng)對科學思維的詮釋

物理學科中如何界定科學思維，課程標準中給出了明確的定義：科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規(guī)律及相互關系的認識方式；是建構物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用；是基于事實證據和科學推理對不同信息、觀點和結論進行質疑和批判，予以檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的品格與能力。科學思維包含模型建構、科學推理、科學論證以及質疑創(chuàng)新四個方面。

（一）模型建構

模型是指人在對事物的認知過程中，為了更加形象生動，將客觀事物進行加工建立起能夠反映事物本質和聯(lián)系的抽象物質。模型能夠化繁為簡，將深奧而抽象的物理概念、理論具體而又準確地表達出來。在遇到繁難復雜的問題時，根據研究目的將研究對象進行簡化和類比、抽象和概括的過程就是建構物理模型的過程。模型建構是科學思維的基礎，在這一過程中需要學生具備建構理想模型的意識和能力，不斷加深對自然本質的理解。所以幫助學生認識到模型建構在物理研究中的重要作用，掌握常見的物理模型，對學生科學思維的發(fā)展尤為重要。

（二）科學推理

科學推理是物理學科科學思維的重要組成部分，是以物理學的知識理論為基礎，對事物的規(guī)律進行分析、推導、下結論的方式。科學推理既包含通過歸納物理現(xiàn)象形成物理概念和規(guī)律的歸納過程，也包括對物理概念和規(guī)律的應用過程。科學推理能力要求學生依據已掌握的物理知識，在復雜錯綜的現(xiàn)象中分析推理，從而推斷出事物間的本質聯(lián)系。合理的推理是解決問題的關鍵，推理的過程是學生思維的顯性反應。科學推理作為初中物理學習過程中學生必不可少的環(huán)節(jié)，不僅在物理學科的學習中占據重要地位，同時也能促進學生對其他學科的學習。

（三）科學論證

科學論證是基于推理而后進行論證，它的結構要素包含觀點、與觀點相關的證據以及聯(lián)系觀點和證據的推理，即科學論證是通過對事物的分析概括、推理判斷后總結出論據以證明或反駁物理觀點的活動。科學論證是同科學推理緊密聯(lián)系的思維過程，在科學論證中，學生需要以物理知識為基礎，對物理觀點進行解釋說明，或對他人的觀點進行批判和質疑，并能夠進行合乎邏輯的表達。科學論證有助于學生提升科學推理能力、科學探究能力，因此，在教學過程中，教師應注重學生科學論證能力的培養(yǎng)，讓學生多體驗科學論證的過程，引導學生在此過程中形成運用科學證據進行合理解釋的意識，掌握分析處理科學證據的方法，同時培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。

（四）質疑創(chuàng)新

質疑是指學生根據自身掌握的知識，對其觀察的現(xiàn)象或者接觸的現(xiàn)有結論的準確性產生疑問。創(chuàng)新是一種能力，能夠解決他人無法解決的問題。質疑創(chuàng)新要求學生具有批判性思維意識與創(chuàng)造性思維意識，要做到敢于質疑、勇于質疑。但不是無腦質疑，而是依據一定的知識或數據，對相悖的觀點進行大膽反思，追求變革和創(chuàng)新。質疑和創(chuàng)新是一個整體，是科學思維的重要組成部分。初中物理教師在教學過程中應注重培養(yǎng)學生質疑與創(chuàng)新意識，通過挖掘教學資源，探索出培養(yǎng)學生質疑創(chuàng)新能力的方法，促進學生對物理概念、規(guī)律的理解內化，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

二、 初中物理教學中學生科學思維的培養(yǎng)

（一）生活情境再現(xiàn)

物理知識源于生活，知識的應用又能輔助于生活。例如人們能夠通過太陽能發(fā)電站和風力發(fā)電站將陽光和風轉化。基于此，在物理教學中，教師可以結合生活實際，調動學生的科學思維，在提高學生物理知識理解力的同時，實現(xiàn)對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。以教學“摩擦力”為例，教師可以利用生活情境展示相關內容，引導學生開動腦筋觀察和處理問題。導入環(huán)節(jié)，教師準備一瓶水果罐頭，提前在蓋子邊緣抹上潤滑油，讓學生嘗試擰開蓋子，在學生失敗后，再讓學生思考解決辦法，學生會想到用布擦掉潤滑油或換一個力氣更大的學生再試一次。這樣以生活情境導入新課，對探究滑動摩擦力的因素實驗做了充足的鋪墊，學生會在猜想環(huán)節(jié)更容易想到接觸面粗糙度和壓力的大小。利用生活情境，讓學生回憶和思考里面蘊含的物理規(guī)律，激發(fā)學生的好奇心去用物理知識解決相關問題，是培養(yǎng)科學思維的基礎。

（二）課上提問層層遞進

在研究物理知識時，對單一難點的處理辦法是將其分割成若干中等難度的知識點，再進行逐個研究。學生需要在教師的引導下，對各部分知識和難點進行逐個思考研究，再將各個結論或規(guī)律整合到一起，形成一套完整的方法或成果。教師通過課上提問，設層層遞進的問題鏈，引導學生進行科學推理，培養(yǎng)學生的科學思維。以教學“測量電阻的阻值”為例，基于學生已經學習了電流表、電壓表、滑動變阻器的使用方法，也學習過歐姆定律，教師可以從實驗原理出發(fā)提問，再到器材、電路圖、實驗表格、安全注意事項等。

師：同學們，想要計算電阻的阻值，我們需要哪些物理量？怎么計算？

生：電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，電阻等于電壓除以電流。

師：在實驗的時候我們用什么來測量電阻兩端的電壓和通過電阻的電流？

生：用電壓表測電阻兩端的電壓，用電流表測通過電阻的電流。

師：如果想要進行多次測量，在電源電壓固定的情況下，怎樣改變電阻兩端的電壓？

生：用滑動變阻器與待測電阻串聯(lián)，調節(jié)滑動變阻器的阻值來改變電源電壓的分配比例，從而改變待測電阻兩端的電壓大小。

師：在連接電路的過程中，開關要處于什么狀態(tài)？

生：在連接電路的過程中，開關要處于斷開狀態(tài)。

師：在連接好電路后，開關閉合之前，滑動變阻器的劃片要調到什么位置？

生：在連接好電路后，開關閉合之前，滑動變阻器的劃片要調到最大阻值處。

通過上述提問，教師將學生的思維從最初的實驗目的，引導到實驗原理，再到器材、方法、步驟等，層層遞進的問題鏈，培養(yǎng)了學生邏輯推理的能力和科學思維能力。

（三）構建模型和應用模型

初中生的邏輯思維正處于從形象思維過渡到抽象思維的重要時段，其中生活中和在學校里見到的物理現(xiàn)象是形象思維的素材，也是構建抽象思維的基礎。物理模型體現(xiàn)了抽象思維，建構物理模型，需要學生根據真實具體的物質或物理現(xiàn)象，提煉出其中的核心特點，包括外形特點或其他規(guī)律性特點，在腦海中打造出一個抽象且鮮明的物質形象或物理規(guī)律。以教學“大氣壓的測量——托里拆利實驗”為例，需要學生構建物理模型，選取“A液片”作為研究對象，作受力和壓強分析。“A液片”受到向下的壓力壓強，其來源是試管內的水銀柱；“A液片”受到向上的壓力壓強，其來源是經過水銀槽內水銀傳導過來的大氣壓強。故：p0=p汞=ρ汞gh汞，選取“A液片”作為研究對象和對“A液片”的壓力壓強分析以及所推理得到的物理規(guī)律，都是物理模型的構建過程。（圖1）

完成物理模型的構建能夠鍛煉學生的邏輯思維能力，而物理模型的應用能夠加深學生對模型的理解，培養(yǎng)學生的科學思維能力。

比如，自制氣壓計實驗中，如圖2所示，選取“A液片”作為研究對象構建模型，作受力和壓強分析。“A液片”受到向下的壓力壓強，其來源是試管內水柱和水柱傳導下來的大氣壓強；“A液片”受到向上的壓力壓強，其來源是經過密封瓶內水傳導過來的瓶內氣體壓強。故：p水柱+p0=p內氣，根據密封瓶內氣體壓強p內氣恒定不變，隨著海拔升高，大氣壓強p0減小，則水柱產生的壓強p水柱增大，即水柱升高。

物理模型的構建過程需要以生活現(xiàn)象或實驗為素材基礎，同時需要教師的引導，而物理模型的應用，更能加深學生對物理模型和物理規(guī)律的認知，有助于學生從復雜的物理現(xiàn)象中抽絲剝繭，找尋到核心規(guī)律，是培養(yǎng)學生科學思維的重要途徑。

（四）物理實驗探究真理

初中物理探究實驗包含提出問題、猜想假設、設計實驗、進行實驗并收集數據、分析論證、評估交流等環(huán)節(jié)。其中“提問環(huán)節(jié)”“設計環(huán)節(jié)”“分析論證環(huán)節(jié)”能充分地鍛煉學生的質疑創(chuàng)新、科學論證、科學推理能力，因此利用物理實驗探究過程，能夠培養(yǎng)學生的科學思維能力。

以教學“動能”為例，教師可以展示低速大貨車和高速小轎車的剎車距離的視頻，由此先讓學生猜想動能的決定因素，教師引導學生排除重復和不適合探究的猜想，選擇合適的猜想進行探究實驗，提問和猜想環(huán)節(jié)就是質疑和創(chuàng)新的過程。再讓學生討論實驗原理和過程，利用現(xiàn)有的器材對比小球的動能，控制“質量”和“速度”，體會控制變量法的作用，培養(yǎng)學生科學推理的能力。另外，讓學生設計一個能容納上述物理量的表格，最后讓學生討論分析數據，論證動能的決定因素，培養(yǎng)學生科學論證的能力。

在進行物理實驗的過程中，每個環(huán)節(jié)之間有因果先后聯(lián)系，同時側重不同，這有助于培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

（五）課后拓展整合提升

初中物理課后拓展不僅僅包含課后作業(yè)，更重要的是留給學生思考和創(chuàng)新的拓展性知識內容，引導學生開展課后的實踐活動。通過課后實驗幫助學生提高實踐能力和思維能力。

比如“自制潛望鏡”，首先教師可以把實踐活動的材料給學生，鼓勵學生在課后進行收集資料，然后將潛望鏡的設計圖或者視頻提供給學生，讓學生在課余時間進行制作，在制作的過程中可以詢問教師，也可以通過網絡進行學習。其次，教師可以將學生制作的潛望鏡在班級角落進行展示，增強學生的成就感和滿足感。

三、 結論

初中物理教學中，通過情境再現(xiàn)、課上提問、構建模型、物理實驗、課后拓展五個途徑，不僅能夠提高教學效率，還能鍛煉學生模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新的能力，從而提高學生的物理學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：人民教育出版社，2022.

［2］羅卓君，許溜竦.初中物理教學中學生科學思維能力培養(yǎng)策略分析［J］.廣西物理，2022，43（4）：147-149.

［3］謝萬軍.自制溫度計和氣壓計［J］.中小學實驗與裝備，2011，21（6）：20-21.