高中物理教學中學生科學思維能力培養研究

周勇

摘要：物理是高中課程體系的重要組成部分，同樣也是引領學生認知客觀事物規律的關鍵學科.因此在開展物理教學過程中，高中教師需要重點加強學生科學思維能力的培養，引導學生基于物理視角來對現實生活現象進行描述，從而順利落實核心素養育人目標，并助力學生的學習水平獲得有效提升.基于此，本文對高中物理教學中學生科學思維能力培養展開了深入研究.

關鍵詞：高中物理；科學思維；培養措施；行為引領

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）12-0101-03

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中將物理學科核心素養整體劃分為四大維度，分別是物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任.其中，科學思維是強調學生從物理學視角認知事物內在規律、本質屬性與相互聯系的一種思維模式，并通過建模、推理、論證以及大膽質疑等多種途徑把握其中內涵.因此，高中教師需要改變以往單向灌輸式的教學模式，同時借助科學的引導手段促使學生主動實踐.如此才能夠幫助學生積累豐富的學習經驗，并實現思維培養目標.

1 培養學生科學思維能力的主要內容

科學思維能力的培養是一項系統且持續的過程，教師不僅僅是要改變學生的認知基礎，同時還需要幫助學生掌握探索世界的正確方法，使學生能夠從不同角度看待事物發展規律，并將其應用于解決現實問題的過程當中.

為此在實踐教學過程中，教師需要重點強化學生的以下能力.

1.1 建模能力

建模能力主要是指學生對物理模型的建構能力，從本質來講可以將其理解為學生對抽象物理概念的轉化能力，通過建立物理與現實事物之間的聯系，從而運用學科規律對生活現象進行描述.具體而言，教師需要引導學生將現實生活中遇到的問題進行抽象化處理，使用物理符號、公式以及概念去對其進行表征，以此借助科學的方法探索事物本質原理，并促進學生學習水平的全面提升.

以學生在現實生活中熟悉的“過山車”為例，當學生在觀看坐滿游客的娛樂設施從軌道上呼嘯而過時，要求學生不能僅僅從表面的“電能”“機械結構”等方面對物體的運動進行說明，而是能夠通過建構物理模型，并提取一些關鍵的物理參數，對整個系統的運行原理做出分析.

1.2 科學推理能力

科學推理是塑造學生良好思維能力的關鍵環節，具體是要求學生能夠從已經線索入手，運用有限的條件參數去推理事物的客觀規律，并通過提出猜想、觀察分析、還原模擬以及對比參照等方式對物理現象做出準確描述，從而獲得科學的物理結論.通過科學推理能力的培養，教師可以引導學生從更多角度看待事物之間的關聯線索，根據自身需求尋找相應的推理論據.由此能夠促進學生科學思維的快速發展，同時改變對事物現象的觀點態度[1].

以人教版高一物理必修第一冊“自由落體運動”一課為例，本章節中教師需要引導學生認知物體在自由落體中處于不斷加速狀態，以便于能夠順利銜接前后知識結構，并促使學生最終把握自由落體運動的基本規律.為此在教學過程中，教師需要引導學生通過實驗操作、采集數據、總結規律等多種方式，對不同物體在相同時間內自由落體的間隔距離進行對比，以此推理準確的科學原理，并提高學生的物理學習水平.

1.3 科學論證能力

科學論證是相較于推理而言更高一階的學習能力.強調學生在遇到科學問題的過程中，能夠根據不同的學習需求來搜集資料、設計實驗、整理結果、對比分析，從而最終構成一個完整的證據鏈條，能夠對事物背后蘊含的科學規律做出準確判斷.

以人教版高一物理必修第三冊“磁場 磁感線”為例，關于“磁場”的知識雖然能夠在很大程度上參照“電場”，但是學生對教材核心概念的理解依舊相對抽象，無法準確把握其中的物理規律.為此在教學過程中，教師可以要求學生自主展開實驗設計，嘗試通過科學的手段驗證“磁場”的存在，并能夠準確把握其分布規律.如此不僅能夠在學生腦海中形成清晰的科學印象，同時也幫助學生掌握了探索物質事物的重要方法.

1.4 質疑創新能力

物理學是在不斷地假設、質疑、批判以及創新中發展起來的一門學科.在歷史中，很多物理學家都是在不斷地質疑驗證中才掌握了事物本質規律，因此“質疑”是塑造學生良好科學思維的關鍵一環.在日常教學過程中，高中物理教師需要為學生構建和諧的課堂氛圍，同時通過在課堂中巧妙地設疑、留白，激發學生的探究欲望，使其能夠主動對事物提出新的觀點，并在學習中進行不斷創新[2].

例如，教師在課堂中可以通過一些趣味小實驗的方式，來吸引學生對各種神奇物理現象的關注.同時在這一過程中鼓勵學生主動提出疑問，并與教師相互討論實驗隱含的科學原理，從而使學生能夠在解決問題過程中不斷活化思維，并激發對未知事物的探索欲望，以此培養高中生良好的科學思維.

2 培養學生科學思維能力的有效途徑

2.1 聯系現實情境，加強認知引領

學生思維能力的發展，離不開大量認知經驗的支持.只有如此才能夠引領學生發現物理與現實生活之間的聯系，從而促使學生能夠立足學科構建抽象出具體的知識模型.為此在實踐教學過程中，高中物理教師可以采用情境構建的方式，為學生引入與知識相關的現實生活資源.

以人教版高一物理必修第一冊“質點 參考系”一課為例，在正式展開教學之前，教師可以為學生呈現一段多媒體視頻：在一輛飛馳的高鐵列車上，窗外成行的綠植不斷從車窗的左側消失.教師要求學生在看完這段10 s的視頻之后，討論視頻中的列車應該是向哪一個方向在移動？通過這樣的形式，教師可以有效喚醒學生的生活經驗，使其將以往沒有關注過的事物現象快速回憶起來，并聯系本堂課知識來對事物進行探索.如此才能夠在潛移默化中培養學生的建模能力，并引導學生通過物理學習來認知更多事物.

2.2 基于概念論證，培養辨識能力

物理概念凝聚著學科思想、規律以及關鍵的學習方法，是培養學生科學思維的重要素材之一.教師通過引導學生對物理概念進行驗證推導，不僅能夠進一步加深學生的知識印象，而且也能夠呈現不同知識點的內在聯系.學生通過自主推理分析的方式獲得新的學習收獲，進而在這一過程中有效提高對事物的辨識能力.為此在實踐教學過程中，教師需要改變學生以往死記硬背的概念學習方式，而是引領學生對概念進行結構重塑，以此有效深化學生的認知基礎[3].

例如在人教版高一物理必修第一冊“速度變化快慢的描述——加速度”一課中，為了能夠進一步引導學生準確地用“加速度”描述生活中的速度變化現象，可以圍繞本章節核心概念為學生設置一項課堂探究情境：三名學生同時騎車出發：A學生的速度在2 s內從0提高到了10 m/s；B學生的速度在2 s內從0提高到了5 m/s；C通學生的速度在5 s內從0提高到10 m/s.請按加速度從大到小的順序對這三名學生進行排序.學生在討論這一問題的過程中，不僅能夠聯系現實生活現象進一步掌握“加速度”概念的本質內涵，同時也逐漸改變了對于事物的既有認知，使其能夠利用物理概念更好地詮釋事物發展規律.

2.3 采用問題驅動，發展邏輯思維

“問題”是師生進行課堂互動的關鍵途徑，而學生科學思維的成長，也通常源自對問題的深入思考.因此，教師在課堂中可以采用問題驅動的方式對學生進行思維引領，并借助層層遞進的提問線索，促使學生的學習層次不斷向更深處進行蔓延.

以高三物理選擇性必修第三冊“液體”為例，在進行有關“液體的表面張力”這一知識點的學習時，教師可以采用問題驅動的方式為學生建立學習框架，并指出明確的學習發展路徑：

問題1：觀察常規狀態下的液體，其表面具有哪些特點？

問題2：根據液體表面的特征，能夠說明其受到了哪些力的影響？

問題3：嘗試提高液體溫度，觀察這一過程中會發生哪些現象？嘗試從分子運動角度來解釋這一原理.

問題4：根據以上線索，分析液體表面張力會受到哪些因素的影響？

2.4 自主設計實驗，加強學習感悟

自主設計實驗是培養學生科學思維能力的重要途徑之一，其不僅能夠幫助學生掌握相關的物理概念，同時也能夠引導學生在實踐中進行質疑創新、科學推理以及實踐論證.從而有效提高了學生的科學思維能力，并使學生形成嚴謹的學習態度.為此在實踐教學過程中，教師可以采用“自創實驗”的方式，引導學生自主對知識進行探究，并總結其中豐富的學習經驗，以此有效加強學習感悟[4].

例如在人教版高一物理必修第一冊“摩擦力”一課中，為了進一步加強學生對本章節知識的理解程度，教師可以要求學生根據教材中關于“動摩擦因素μ”的描述，嘗試設計實驗用于計算不同問題的動摩擦因素.在這一過程中，學生可以根據自身對知識的理解選擇相應的工具、材料以及場地，同時采用書面描述的形式呈現自身的實驗思路.教師在對學生方案進行指導優化之后，即可要求學生展開實踐.

2.5 開發課后活動，培養創新精神

“興趣”是激發學生思維活性的關鍵要素.因此教師在培養學生科學思維能力的過程中，還需要主動從興趣培養入手，引導學生了解物質知識蘊含的豐富趣味.如此才能夠促使學生主動通過物理視角去看待各類事物，有效提升科學思維能力.

以高二物理選擇性必修第二冊“傳感器”為例，在引導學生深入了解了傳感器的工作原理之后，教師可以為學生布置課后探索項目：要求學生自主搜集有關傳感器的應用案例，隨后結合自身對本堂課的知識理解進行創造發明活動，嘗試將生活中的常見物品改造成“人工智能”，以此培養學生勇于創新的科學思維.

3 結束語

綜上所述，本文對高中物理教學中培養學生科學思維的有效措施展開了深入分析.強調教師重視學生科學思維的形成經過，并以此為主線對學生展開系統教學，從而能夠有效促進學生的全面發展，落實核心素養教學目標.

參考文獻：

[1]馬煒，趙惠松，嚴云佳.基于科學思維發展的高中物理探究型課堂教學設計：以“太陽與行星間的引力”為例[J]. 中學物理（高中版），2020，38（6）：34-37.

[2] 李志剛，梁吉峰，田成良.注重科學思維考查提升物理核心素養：以2020年新課標Ⅰ卷第25題電場壓軸題的剖析為例[J].中學物理（高中版），2020，38（8）：52-54.

[3] 劉健智，胡雪妍.基于物理核心素養的高中物理教材與課程標準的一致性研究：以2019年人教版必修1為例[J].物理教師，2022，43（7）：2-8，12.

[4] 張雪，張靜，李雅蘭.面向物理觀念和科學思維整合發展的教學探索：以高中“液體的表面張力”為例[J].物理教師，2021，42（7）：9-11，15.

［責任編輯：李璟］