在物理基本規律教學中對培養學生科學思維的幾點思考

彭偉祿

科學思維是指運用科學的方法、原則和規律，對自然現象和社會現象進行分析、解釋和判斷的思維方式。它包括在產生假設、實驗設計、證據評估、推斷思辨、得出科學結論等過程中的一切思維技能，是一種非算法性的、復雜的高級思維，核心是對一個多變量系統進行推斷時所表現出的科學推理能力。培育學生的科學思維，是高中物理課程的重要內容，也是物理教育的目標之一。在當前新一輪高考改革的大背景下，核心素養被放在了首要位置。就物理學科來說，核心素養主要有物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。這四種核心素養當中，科學思維是核心。

在高中物理基本規律教學過程中，筆者嘗試改進教學方法和課程實施策略，以培育學生科學思維，培養具有批判主義思維的新時代學生為切入點，探索出基于模型構建、問題設置、反思質疑和思維導圖的四種策略，讓學生具有科學精神和科學素養，并且能夠運用科學思維方法解決現實生活中的問題，成為具有基本科學素養和科學思維的新時代學生。

一、物理基本規律教學與科學思維內涵及關聯

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，注重從少數幾條假設或定律中演繹出一整套科學體系。物理基本規律教學是指在物理教學中，以物理基本規律為主線，系統地介紹物理學的基本概念、原理和方法，使學生掌握物理學的基礎知識和基本技能，培養學生的物理思維能力和科學素養。

物理基本規律教學與科學思維培養是相互促進、相互提高的。物理基本規律教學與科學思維的培養之間存在密切的雙向關聯。這主要體現在以下方面：一是物理基本規律教學可以幫助學生建立科學的世界觀和方法論，提高學生的科學素養和創新能力;二是物理基本規律教學可以培養學生的觀察、實驗、推理、創造等科學思維能力，使學生運用物理知識解決實際問題;三是科學思維可以指導學生在物理基本規律教學中，正確地認識物理現象，掌握物理規律，運用物理方法，發展物理思維;四是科學思維可以促進學生形成批判性思維、創造性思維、探究性思維等高層次的思維品質。

在課堂教學中，學生掌握知識總體上遵循“知識—能力—思維”這一路徑，由低階向高階演進。例如，教師以牛頓運動三定律為基礎，建構起整個牛頓力學體系，讓學生了解物理科學體系內容，這是學科知識傳授的過程;在知識傳授過程中，注重培養學生的科學思維，引導學生運用科學思維來理解科學知識、建構知識體系，這是學生學科能力提升的過程。在此過程中，如果教師引導學生以同樣的思維去理解未曾接觸到的知識，以此思維體系去應對各種問題，就是科學思維形成的過程。

二、基本物理規律教學中科學思維培養策略

在基本物理規律教學中，筆者嘗試采用以下四種方式培養學生的科學思維。

（一）基于模型構建，培養學生的分析能力

物理基本規律是對自然現象的抽象和概括，它們往往可以用數學模型來表達和解釋。教師在教學中，可以引導學生通過觀察、實驗、歸納等方法，發現物理現象的規律性，建立相應的數學模型，如公式、方程、圖表等。然后，教師可以讓學生利用所建立的模型，對物理現象進行分析、預測、驗證和評價，從而培養學生的分析能力和科學思維能力。例如，在“牛頓運動定律”這一章中，筆者讓學生通過實驗測量不同質量的物體在不同外力作用下的加速度，從而發現加速度與質量和外力之間的關系，建立牛頓第二定律的數學模型。然后，筆者讓學生利用牛頓第二定律的數學模型，分析不同情況下物體的運動狀態，預測物體受到的合力大小和方向，當然也可以讓學生通過物體的受力情況來預測物體的運動情況。這樣就可以培養學生分析問題、解決問題的能力，包括提升他們運用數理結合解決實際問題的能力。如果有可能，還可以嘗試讓學生驗證物體運動過程中力和運動的關系，評價牛頓第二定律的適用范圍和局限性等。

（二）基于問題設置，培養學生的推理能力

物理基本規律是對自然現象的解釋和推理，它們往往可以用邏輯推理的方法來證明和推廣。教師在教學中，可以設置一些具有挑戰性和探究性的問題，激發學生的好奇心和求知欲，引導學生運用所學的物理基本規律和科學方法，探究和解決問題，從而培養學生的推理能力和科學思維能力。例如，在“電磁感應”這一章楞次定律和電磁感應定律的教學中，筆者首先設置一個問題：為什么在一個閉合電路中移動磁鐵或導線時會產生電流？然后通過實驗，讓學生觀察如果不移動又會怎樣，繼而讓學生繼續觀察，當磁鐵或者線圈運動方向不同時，電流方向有何不同，我們可以得出什么樣的結論。學生通過對問題進行分析和推理，從而發現問題的本質：當磁鐵或導線相對運動時，會改變閉合電路中的磁通量，從而產生感應電動勢和感應電流。教師以此一步步引導學生得出法拉第電磁感應定律和楞次定律。另外，在高中物理教學中，圖像法也是一種重要的解決問題的方法。在這類問題的學習中，學生可以從速度和時間關系圖像出發，推導出面積可以表示位移。教師一步步引導學生得出：加速度和時間關系圖像的面積所代表的物理意義，讓學生思考F-X圖像及F-t圖像所夾面積的含義，進而讓學生明白平均作用力對時間和位移是不一樣的。這樣學生的推理能力慢慢就形成了。

（三）基于反思質疑，培養學生的批判思維

物理基本規律是對自然現象的批判和創新，它們往往可以用反思質疑的方法來修正和完善。教師在教學中，可以鼓勵學生對所學的物理基本規律進行反思和質疑，發現其中的疑點和不足，大膽提出自己的見解和建議，從而培養學生的批判思維和科學思維能力。例如，在“相對論”這一章中，筆者讓學生對牛頓運動定律進行反思和質疑，通過一些學生能夠感受到的現實問題，發現物體在高速運動時會出現偏差和錯誤，并引入愛因斯坦相對論的概念和原理，讓學生了解相對論是如何修正和完善牛頓運動定律的，從而提高學生的批判思維和科學思維能力。

（四）基于思維導圖，培養學生的科學思維

物理基本規律是對自然現象的系統和整合，它們往往可以用思維導圖的方法來組織和展示。教師在教學中，可以讓學生運用思維導圖，將所學的物理基本規律，以及它們之間的聯系和區別，用圖形和文字的方式呈現出來，從而培養學生的科學思維能力。例如，在“電場”這一章中，筆者讓學生運用思維導圖，將電場的概念、力的性質、能的性質等內容表示出來，從力和能兩條線出發，一步步找出場強、電勢、電勢能、等勢面和電場線之間的聯系，以及它們與其他物理現象和規律的關系。筆者用思維導圖的方式整理和總結，從而加深學生對電場性質的理解和記憶，幫助學生形成構建知識體系、建立知識網絡的能力。

總之，物理教師應該以新時代的科學發展觀為指引，在新一輪的高考改革中主動學習，努力思考，積極創新，注重培養和發展學生的科學思維，使學生成為高效的物理學習者和未來的科技創新者。在教學中，教師以科學思維為主要研究點，在物理基本規律教學中探尋培養學生科學思維的基本思想和具體方法，通過基于模型構建、問題設置、反思質疑和思維導圖等策略，從不同的角度和層面，激發和培養學生的分析能力、推理能力、批判思維和科學思維，使學生能夠掌握物理基本規律的內涵和意義，運用物理基本規律解決實際問題，發展物理思想和創新能力。

（本文系2023年度河南省基礎教育教學研究項目一般課題“‘雙新背景下物理教學培養高中生科學思維的研究”的成果。立項編號：JCJYC

2306150404）

（責編 桑 濤）