高中物理教育中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法研究

摘 要：高中物理教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑，因此，教師要對當(dāng)前高中物理教學(xué)進(jìn)行分析，并對現(xiàn)有問題加以改進(jìn)，如過于注重理論知識(shí)傳授、教學(xué)方法固定化、個(gè)性化培養(yǎng)缺失等。在高中物理教學(xué)中，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維培養(yǎng)，不但能有效提高本學(xué)科的教學(xué)質(zhì)量，還能促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中；物理教育；科學(xué)思維

[中圖分類號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2097-2539（2024）16-0106-03

隨著新課改不斷推進(jìn)，如何提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)已成為高中物理教學(xué)的重點(diǎn)。高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，科學(xué)思維的培養(yǎng)是高中物理教學(xué)中的重點(diǎn)，對學(xué)生未來的社會(huì)適應(yīng)力及跨學(xué)科發(fā)展有著重要意義。通過科學(xué)探究、科學(xué)計(jì)算及用科學(xué)方法解決物理問題，學(xué)生能夠?qū)W會(huì)對同一學(xué)習(xí)對象進(jìn)行多元思維推理，具備對物理知識(shí)點(diǎn)舉一反三的能力，并能透過物理現(xiàn)象洞察本質(zhì)，從而深化對知識(shí)點(diǎn)的理解。

一、高中生物理科學(xué)思維的主要特點(diǎn)

對于高中生而言，雖然他們對物理現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)操作很感興趣，但由于學(xué)生觀察能力有所欠缺及注意力不集中等問題，在物理學(xué)習(xí)中，他們不知道如何記錄及分析數(shù)據(jù)，有時(shí)還會(huì)漏掉實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容。再者，高中物理教學(xué)內(nèi)容的難度呈螺旋式上升，對于物理基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)起來會(huì)比較有難度。并且，部分學(xué)生對物理模型的建構(gòu)水平有待提高，難以透過現(xiàn)象看本質(zhì)，無法深入理解所學(xué)物理內(nèi)容。

此外，當(dāng)前大部分高中生在物理學(xué)習(xí)上過于依賴教師，其思維易受教師影響，而教師也很少鼓勵(lì)學(xué)生提出獨(dú)特見解，這導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新思維能力不足，對物理知識(shí)缺乏科學(xué)探究精神，如此一來，學(xué)生的科學(xué)思維能力也很難得到提升。

二、高中物理教育中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法研究

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生積極探究

高中物理教師可以以教學(xué)知識(shí)點(diǎn)為核心，構(gòu)建使學(xué)生易于接受及理解的生動(dòng)情境。例如，借助物理學(xué)歷史故事，通過多媒體視頻展示，或組織學(xué)生開展物理試驗(yàn)等方式，激發(fā)學(xué)生的好奇心。通過相關(guān)情境的構(gòu)建，對學(xué)生的思維進(jìn)行啟發(fā)，幫助他們打開不一樣的思路，讓學(xué)生在輕松愉悅的氛圍中更好地學(xué)習(xí)物理知識(shí)。

例如，在魯科版高中物理必修第一冊第一章第二節(jié)“質(zhì)點(diǎn)和位移”的教學(xué)中，教師可以將生活中常見的場景引入教學(xué)，如奧運(yùn)會(huì)中的跳水運(yùn)動(dòng)員，馬路上高速移動(dòng)的汽車及冰壺運(yùn)動(dòng)員所操控的冰壺等，并讓學(xué)生描述這些物體是如何運(yùn)動(dòng)的。接下來，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析這些物體在不同場景下的同一特征，幫助學(xué)生建立物理概念，分辨物理知識(shí)點(diǎn)的本質(zhì)特征。教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察跳水運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)起跳至入水的一系列動(dòng)作，以及冰壺在冰面上滑行的時(shí)間與速度等現(xiàn)象，進(jìn)而提出疑問：“在這些情境中，物體的重量是否需要計(jì)入其中呢？”以此為契機(jī)，為學(xué)生引入“質(zhì)點(diǎn)”的概念。當(dāng)學(xué)生掌握“質(zhì)點(diǎn)具有質(zhì)量，但沒有體積和形狀。位移作為矢量兼具大小與方向”，的基本概念后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生，對知識(shí)點(diǎn)中的關(guān)鍵詞進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化及解析，將可能混淆的相似概念進(jìn)行一一比較，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，加深對于“質(zhì)點(diǎn)和位移”的印象。例如，教師可以提問：“地球要自轉(zhuǎn)，還要繞著太陽公轉(zhuǎn)，研究公轉(zhuǎn)時(shí)是否可以將地球看作質(zhì)點(diǎn)？”或者“如果我們要研究一列高鐵從北京去武漢的時(shí)間，那么高鐵是否能夠被當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來看待呢？”。教師應(yīng)多設(shè)置此類包含混淆因素的問題，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考或進(jìn)行小組合作討論，以此強(qiáng)化他們對物理概念理解的思考。

（二）通過類比分析，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力

教師應(yīng)將物理知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生找出其中規(guī)律，明確不同點(diǎn)，將物理新知識(shí)與已掌握的知識(shí)進(jìn)行緊密聯(lián)系，并將其應(yīng)用于實(shí)際生活中。例如，在魯科版物理選擇性必修第一冊第一章第一節(jié)“動(dòng)量和動(dòng)量定理”的學(xué)習(xí)中，教師不但要教會(huì)學(xué)生用動(dòng)量定理表達(dá)式解題，還要結(jié)合生活中的現(xiàn)象，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)運(yùn)用于生活中。對此，教師可以向?qū)W生展示多把軟硬程度不同的錘子，并向?qū)W生提問：“哪幾把錘子能夠?qū)⑨斪哟虻糜挚煊掷危俊被谶@一生活化的問題，教師可復(fù)述相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：“錘子是動(dòng)量定理的研究對象，我們要對錘子的受力進(jìn)行分析，再利用牛頓第三定律去計(jì)算釘子的受力，在計(jì)算的過程中，我們還要考慮到重力對錘子的影響”，通過層層引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。此外，一些生活中的其他例子，也都可以引入進(jìn)高中物理課堂，比如滑冰運(yùn)動(dòng)員的護(hù)膝、桌角防護(hù)軟膠及空間艙返回地球等案例，這些案例都可以運(yùn)用到動(dòng)量定理，進(jìn)而幫助學(xué)生鞏固知識(shí)點(diǎn)。

（三）在物理實(shí)驗(yàn)課中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理教學(xué)中不可或缺的一部分，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠直觀地感受物理規(guī)律及物理現(xiàn)象的發(fā)生過程。物理實(shí)驗(yàn)還可以為學(xué)生創(chuàng)造更加真實(shí)的探究環(huán)境，學(xué)生需要在實(shí)驗(yàn)中細(xì)心觀察，對各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，他們的動(dòng)手操作能力也能得到大幅度提高。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生親自動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄及分析，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的思維能力及實(shí)操能力。

例如，在魯科版教材選擇性必修第一冊第四章“光的折射”教學(xué)中，教師可以對學(xué)生進(jìn)行分組，每個(gè)小組5～7人，A小組準(zhǔn)備紙杯和硬幣，B小組準(zhǔn)備筷子和水杯，A小組將硬幣放在杯底，這時(shí)候所有人看不見硬幣，而加水后硬幣能夠被看見；B小組將筷子放入水中，大家驚訝地發(fā)現(xiàn)筷子居然好像“彎折”了一樣。對此，教師可以引導(dǎo)小組去分析其中可能包含的物理原理，分析“為什么本來是直的筷子，放入水中居然看起來是彎折的呢？”當(dāng)學(xué)生嘗試從物理學(xué)角度分析“光的折射”時(shí)，課堂氣氛將變得異常活躍。接著教師可以按照教學(xué)預(yù)案，將實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步。教師可以準(zhǔn)備一張硬紙板，一個(gè)激光筆及一個(gè)大水缸，讓學(xué)生觀察“一束激光斜射入水中，折射的光線在紙板的什么位置，通過調(diào)整激光筆，再看看光線是否和預(yù)想的一樣？”通過觀察，學(xué)生可以對看到的光線折射進(jìn)行作圖，借助已掌握的物理知識(shí)，對光的折射特點(diǎn)進(jìn)行分析。通過小組合作探究，學(xué)生的語言表達(dá)能力、客觀事物分析能力及數(shù)據(jù)總結(jié)對比能力都能得到提高。在分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，教師需讓學(xué)生明晰自己需要觀察什么、記錄什么，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師還可以穿插對“光的折射”知識(shí)的講解，讓學(xué)生在下堂課準(zhǔn)備更多的實(shí)驗(yàn)材料，為“光的折射”現(xiàn)象創(chuàng)造更多可能性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。此外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生與家長一起設(shè)計(jì)與“光的折射”有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。在課后，家長可以和學(xué)生來到草地上，準(zhǔn)備一張紙、一支記號(hào)筆、一個(gè)圓形玻璃杯和一瓶礦泉水，家長在紙的上部和下部畫出兩個(gè)箭頭，箭頭指向同一方向，接著學(xué)生在玻璃杯內(nèi)加入礦泉水，在倒入的過程中家長將畫有箭頭的紙放置在玻璃杯后，通過移動(dòng)紙張，學(xué)生驚訝地發(fā)現(xiàn)，箭頭指向了相反的方向。通過與家長的互動(dòng)，學(xué)生能夠?qū)⒃谖锢碚n堂上所學(xué)習(xí)的知識(shí)又復(fù)習(xí)一遍，加深記憶。

（四）在物理習(xí)題中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

當(dāng)學(xué)生具備了一定的物理知識(shí)儲(chǔ)備后，教師可以對學(xué)生開展習(xí)題教學(xué)，重點(diǎn)針對教學(xué)難點(diǎn)、考試難點(diǎn)及綜合應(yīng)用題目進(jìn)行演練。值得注意的是，切不可讓學(xué)生陷入題海戰(zhàn)術(shù)，因?yàn)榇罅恐貜?fù)的刷題，只會(huì)磨滅學(xué)生的物理興趣，在題海中學(xué)生容易迷失方向，當(dāng)遭遇到連續(xù)的難題后，他們的物理學(xué)習(xí)信心也會(huì)備受打擊。在進(jìn)行習(xí)題練習(xí)之前，教師要引導(dǎo)學(xué)生審題，找出題目的重點(diǎn)，在心中建立物理模型。例如，“光滑條件”的意思是“沒有摩擦力”，“剛好”則表示處于臨界狀態(tài)。為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)建構(gòu)物理模型的能力，教師還要教會(huì)學(xué)生如何作圖，因?yàn)閳D形相對于文字，更加立體化、直觀化，通過作圖，學(xué)生的思路能變得更加清晰，同時(shí)，由于學(xué)生參與了作圖的過程，其能將圖中的各種物理量與題目順利聯(lián)系起來。在作圖之前，教師要讓學(xué)生在心中完善解題思路后再開始計(jì)算，整個(gè)過程要循序漸進(jìn)，不可草率計(jì)算，否則容易出錯(cuò)。在習(xí)題教學(xué)中，很多典型題目都能夠?qū)W(xué)生提出多重考驗(yàn)，因此要培養(yǎng)學(xué)生“一題多解”的能力，幫助學(xué)生發(fā)散思維，找到題目的不同解法。在習(xí)題教學(xué)中，部分學(xué)生追求速度而忽視檢驗(yàn)，這種缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度會(huì)導(dǎo)致學(xué)生反思能力不足。對此，教師應(yīng)教導(dǎo)學(xué)生每做完一道題，就要對題目的答案進(jìn)行二次驗(yàn)證，對題目所涉及到的知識(shí)點(diǎn)及解題方法進(jìn)行反思，回想自己是否少了哪個(gè)步驟，回想有沒有更好的思路。

以魯科版物理必修第一冊第五章“牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律”教學(xué)為例，這一主題的習(xí)題不在于多，而是為了讓學(xué)生記住“物體不受力運(yùn)動(dòng)規(guī)律即牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律”。題目設(shè)計(jì)可從基礎(chǔ)出發(fā)，如“物體靜置于桌面，撤去所有外力后會(huì)怎樣？”延伸至“太空中的宇航員在失重狀態(tài)下，身體是否仍具慣性？”再至“歌曲《讓我們蕩起雙槳》蘊(yùn)含了哪些物理知識(shí)？”在解答這些問題時(shí)，學(xué)生要分析問題的相似性及區(qū)別，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行解答，由此，他們的科學(xué)創(chuàng)新能力及思維靈活度也能得到大幅度提高。

（五）鼓勵(lì)獨(dú)立探究，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力

在高中物理學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)造力非常重要。因此，教師要有目的性刺激學(xué)生的求知欲，鼓勵(lì)他們對未知的領(lǐng)域進(jìn)行自由探索。俗話說“興趣是最好的老師”，在高中物理教學(xué)中也是如此，教師要利用好網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的各類資源，不管是圖書、實(shí)驗(yàn)視頻還是關(guān)于物理學(xué)的各種短視頻等，研究每位學(xué)生對于物理的興趣點(diǎn)，讓學(xué)生對自己感興趣的問題進(jìn)行積極探究。在學(xué)生自主的學(xué)習(xí)過程中，教師可以讓學(xué)生制訂個(gè)人成長計(jì)劃，如根據(jù)自己的興趣愛好制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)，目標(biāo)的完成情況及各項(xiàng)指標(biāo)以周、月、年的方式呈現(xiàn)。此外，教師還要鼓勵(lì)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中大膽提出質(zhì)疑，并勇于自主探究。

以“牛頓第一定律”教學(xué)為例，教師可以在課前讓學(xué)生觀察“推箱子”“敲鐵釘”“踢球”“打籃球”及“開車”等生活中常見的現(xiàn)象，讓學(xué)生分組討論“物體在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，需要哪方面的力去維持？”接著為學(xué)生展示伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在推理過程中理解伽利略的觀點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生通過一系列的實(shí)驗(yàn)及教師的講解，了解到“慣性”的概念及“慣性僅與重量有關(guān)”后，則可以通過作圖或相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，去驗(yàn)證教學(xué)中的這一知識(shí)點(diǎn)。由此，在對新內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)及創(chuàng)造的過程中，學(xué)生的科學(xué)思維能力得到了培養(yǎng)。

三、結(jié)語

物理作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，在高中課程體系中占據(jù)了重要地位。因此，家長、社會(huì)、學(xué)校都要認(rèn)識(shí)到物理教學(xué)的重要性。在新課標(biāo)不斷推進(jìn)的當(dāng)下，運(yùn)用多元化教學(xué)手段，對學(xué)生科學(xué)思維進(jìn)行培養(yǎng)，能夠?yàn)樯鐣?huì)培養(yǎng)出更具創(chuàng)新能力的綜合型人才。在科學(xué)思維的指導(dǎo)下，學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)和工作中也能得到可持續(xù)發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]郭容均.應(yīng)用高中物理教材插圖培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維實(shí)踐研究[D].四川師范大學(xué)，2023.

[2]李帥.核心素養(yǎng)視角下高中物理規(guī)律教學(xué)中科學(xué)思維培養(yǎng)的研究[D].聊城大學(xué)，2023.

[3]鄭麗娜.高中物理中的科學(xué)思維培養(yǎng)[C].//教育理論與教學(xué)研究論壇論文集.2023.

[4]謝佳瑩.以質(zhì)疑-論證教學(xué)提升高中學(xué)生批判性思維的實(shí)踐研究[D].浙江師范大學(xué)，2023.

[5]孟麗萍.基于核心素養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].數(shù)理天地（高中版），2024（08）.

（責(zé)任編輯：祁麗珠）