高中物理教學中培養學生科學思維的策略分析

摘 要：科學思維是物理核心素養的重要組成部分，在高中物理教學中培養學生的科學思維，對學生自主學習能力、問題解決能力、物理探索能力的發展具有一定的促進作用。為此教師必須改變傳統的物理教學方案，引導學生積極主動地運用多種方式自主探索物理知識，深化學生對事物屬性、規律的認識，助力學生成長。基于此，本文提出創設問題情境、現實生活融入教學內容、布置課前實驗輔助預習等策略，以期為以核心素養為目標的高中物理課堂的構建，提供一定的可用參考。

關鍵詞：高中物理；科學思維；現狀；策略

伴隨著新課改的實施和推廣，高中物理教學逐步建立起以核心素養為目標的教育模式，科學思維是高中物理核心素養的重要組成部分，主要指應用推理、驗證、提問等方法解決問題的能力，科學思維貫穿物理學習的整個過程，影響著學生模型建構能力、科學推理能力、科學論證能力以及質疑創新能力的發展。為在高中物理教學中響應新課改號召，培養學生的科學思維，教師在挖掘教學材料的同時，結合學生的實際情況不斷調整物理教學方法，使學生在教師的引導下逐步展開思維活動，為學生科學思維能力的發展提供有力支持。

一、高中物理教學中培養學生科學思維的意義

（一）深化物理認知

伴隨著新課改的深入，高中物理教學模式與以往相比發生了巨大的轉變，學生的學習主體地位顯著提高，教師改變策略，從學生的實際情況出發，引導學生探究物理知識，踐行核心素養培養目標。為了讓學生更加深入地理解物理概念及其原理，深入探究物理現象的本質，物理課堂離不開對問題的分析和討論，學生通過對比、分析、推理等高階思維活動拆分重組物理知識，解釋實際問題和自然現象，把握客觀事物的本質屬性、內在規律以及相互關系，深化學生對所學物理知識的認識，為系統化的物理知識體系的構建奠定了堅實基礎[1]。

（二）提升解決問題能力

科學思維能力的發展有助于學生思維認知水平的提高，學生在解決問題的過程中自發地形成“構建模型、提出問題、推理、驗證”的完整問題模型，以清晰的條理分析問題，拆解問題，轉化問題，尋找解題思路和解題方法，使問題得到有效解決。不僅如此，科學思維能力讓學生在解決問題的同時剖析物理現象中包含的物理規律，完成物理規律的有效整合。此外，科學思維能力的發展使學生能夠從物理結論出發反推物理概念的應用方式和解決問題的措施，構建解題模型，再次遇到同類問題時學生可直接依照模型分析問題，快速解題，尋找解題思路，提高解題效率，助力學生成長。

（三）提升自主學習能力

科學思維能力是對事物屬性、規律以及關系的認知能力，是學習、轉化物理知識的關鍵，也是學生學好物理知識的重要基礎能力。新課改強調培養學生的自主學習能力，高中物理知識學習理解難度太大，阻礙學生自主學習能力發展，培養科學思維，讓學生形成一套完善的學習理解物理知識的思維模式，面對陌生物理概念時自發地構建模型、通過科學推理、科學論證等方式分析物理概念的內涵，把握不同物理概念之間的內在聯系，使學生通過自主學習將物理知識納入知識網絡之中，保證自主學習的質量。

二、高中物理教學中學生科學思維的培養現狀

（一）物理課堂重理論輕實踐

高中物理學科知識點數量較多，學習理解難度較大，因此大部分教師將課堂教學重心放在理論的講述和理解上，實踐性內容的占比較低，且課程用時有限，效果難以得到保證。此外許多教師在授課中未能完全脫離舊有教學模式的影響，仍然存在為追求教學效率運用灌輸式教學方法的情況，被動接受知識的學習過程不利于學生科學思維能力的發展[2]。

（二）物理實驗難以達到預期效果

現階段高中物理實驗仍以演示類實驗為主，實驗教學手段陳舊，教學方式單一，整個實驗過程完全由教師主導，難以激發學生的學習興趣，學生的參與熱情和參與積極性嚴重不足，影響高中物理實驗教學活動的效果。部分教師為保證實驗展示效果，節約課堂時間，選擇播放實驗視頻的方式代替直接演示，這種實驗教學方式雖然保證了課堂活動排布的緊湊性和實驗展示活動的效果，但也在一定程度上減少了學生直接參與物理實驗的機會，自由探索和實踐活動環節的缺失影響著學生科學思維能力的發展。

（三）易受定式思維和片面思維影響

現階段高中物理教學中，教師通常會選擇引導學生接觸問題以深化學生對物理概念和物理現象的理解，學生在解決問題的過程中會逐漸形成固化的抽象思維模式，按照特定的思維模式拆解問題，分析問題，遇到同類問題時機械式地運用同樣方式解決問題，或是僅僅從事物的局部出發分析問題，認為問題具有某類特征便屬于某種形式的問題，這種極端的、帶有某類特殊傾向的思維方式會導致學生在解題時不可避免地遇到障礙，走入思維死角。機械化的思維流程嚴重阻礙學生的科學思維發展，不利于學生的學習成長[3]。

三、高中物理教學中培養學生科學思維培養的優化策略

（一）創設問題情境，激發科學思維

設問是物理教學中常見的與學生交流互動，了解學生學習情況的教學方式。創設問題情境的教學方法不同于傳統提問式教學法，所有問題最終指向同一個目標，教師根據教學需求在教學內容中設置問題，教師不再是圍繞問題開展物理教學活動，而是根據學生的實際學習情況設置問題，在問題的引導下學生開展對應的思維活動，為學生科學思維能力的發展提供有力支持。

以人教版高一物理必修第一冊第四章《探究加速度與力、質量的關系》為例，為讓學生通過自主探究掌握加速度與力和質量之間的定量關系，理解物體運動狀態的變化與加速度、力、質量的關系，教師在課程導入階段設置生活類問題情境：同學們，大家有觀察過我們乘坐的車輛嗎？正常情況下一輛小汽車從靜止狀態加速到100km/h，需要十幾秒時間，而方程式賽車中使用的專業賽車車輛從靜止加速到100km/h僅需要消耗不到兩秒的時間，而生活中滿載的大貨車加速時間則更長，我們思考一下，為什么會出現這種情況呢？借助生活類問題情境激發學生探究物理現象的熱情，為學生科學思維能力的發展做準備[4]。

在深入分析問題的過程中學生結合生活現象發散思維提出猜想：專業賽車的總重量較低，發動機馬力強，因此賽車的加速度最快，而大貨車滿載后質量增加，發動機馬力不變，因此加速度最慢。為培養學生的科學思維能力，提供思考方向，教師繼續設置問題：大家思考發動機的馬力和車子的重量在物理學中代表什么？你們認為這三者存在什么樣的關系呢？我們生活當中有沒有類似的實例？學生在問題的引導下，聯系生活經驗分析質量、加速度與力之間的關系，結合綠燈亮起時不同類型的車輛的起步速度提出“質量越大加速度越小，而力越大加速度越大”的科學猜想。

在課程的最后，教師引導學生結合問題自主設計實驗方案，從實驗角度出發驗證猜想。在實驗中學生不可避免地會遇到各類問題，為培養學生的科學思維能力，使學生學會靈活運用物理知識解決實驗中遇到的問題，優化實驗流程，教師在實驗中設置思考題：“實驗中需要測量加速度、受力情況和物體質量的關系，質量可以用天平來測，受力大小可以用彈簧拉力計來測，加速度應當如何測量呢？實驗中物體做勻變速運動時會受到滑動摩擦力的影響，我們能否采取措施避免滑動摩擦力對物體運動狀態的影響呢？”學生在問題的引導下運用所學物理知識解決問題，促進學生科學思維能力發展。

（二）從生活現象入手，打破思維定式

培養科學思維能力主要指通過模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等方式解決問題的能力。傳統物理教學方式單一、枯燥，學生的學習探究熱情較低，不利于科學思維能力的發展，為激發學生的學習探究物理知識的熱情，讓學生從復雜、抽象的物理概念中跳出，參與到討論現實生活的過程中，使物理知識指導學生的學習和生活，推動知識與實踐的深度融合，在運用物理知識解釋生活現象的過程中培養學生的科學思維和科學論證習慣，促進學生科學思維能力發展。

以人教版高二物理選擇性必修第一冊第八章《動能和動能定理》為例，本節課的教學目標為理解動能和動能定理，用動能定理解釋生產生活中的現象。為培養學生的科學思維能力，使學生掌握通過嚴謹的科學論證解釋生活現象的能力，教師結合動能在現實生活中的表現形式搜集相關資料，引導學生結合所學物理知識解釋現實生活，在探究現實生活的過程中生成物理概念，深化學生對物理知識的認識和理解[5]。

課上教師借助多媒體設備播放交通事故中車輛的損壞圖片，引導學生結合圖片內容分析其中蘊含的物理原理：高速公路沿途會有類似的標志牌，提示司機當前路段的限速情況，而且通常情況下小型載客汽車不得超過每小時120公里，其他類型的機動車時速不得超過100公里，摩托車時速不超過每小時80公里，大家思考為什么一定要在高速公路上限制車輛的行駛速度？而且不同類型的車輛的限速標準存在如此大的差別？教師導入有關真實交通事故的案例和現場照片，引導學生觀察事故現場車輛的損毀情況，學生在教師的引導下自主提出問題：“事故現場的車輛普遍存在嚴重的形變，為什么車輛相撞時形狀會發生變化呢？”學生結合初中所學物理知識進行討論，思考動能對物體的影響，教師結合交通事故現場圖片提出問題：車輛發生形變與動能有關，那么動能受哪些因素影響？學生結合高速公路限速要求以及不同車輛的限速標準的差異認定物體的質量和速度會直接影響動能的大小，并以圖片內容作為佐證：受大型車輛撞擊后的小汽車的損毀情況明顯比受小型車輛撞擊后的車輛的損毀情況更加嚴重。為改變物理教學重理論輕實踐的現狀，教師引導學生以物理實驗的形式還原車輛撞擊情況，學生將代表受撞擊小汽車的木塊放置在斜面的一端，分別將不同質量的木塊放置在不同的斜面高度，滑下后觀察受撞擊木塊的滑動情況，在實踐中深化學生對動能的理解。為進一步深化學生對動能概念的認識，教師提出問題：“如果一輛車停在路上保持靜止，此時車輛是否存在動能？是否存在重力勢能？”結合現實要素不斷深入探究動能的概念，讓抽象的物理課堂具象化，便于學生學習理解物理知識的同時，引導學生用嚴謹的態度、科學的方法分析現實生活中存在的物理現象，促進科學思維的形成與發展。

（三）布置課前預習，探究生成知識

實驗教學法是研究物理現象的重要方式，也是講述物理知識的重要形式，教師設計實驗過程，通過實驗儀器模擬并控制物理現象，在學生的眼前展示物理現象，通過直觀的“看”讓學生認識到物理現象的存在，通過分析、推理、綜合、抽象、概括、論證等科學思維活動加工后將其轉化為事物的規律，深化學生對事物發展過程的認識，促進學生科學思維能力的發展。

現階段的實驗活動以課堂演示實驗為主，實驗時間較為緊湊，且多數實驗以播放視頻的形式展開，學生缺少參與實驗活動的機會，不利于學生科學思維的發展。考慮到課堂時間較為緊張，教師將實驗活動放在預習環節進行，以學生為主體布置預習實驗活動，學生結合預習目標自主設計實驗流程，動手完成實驗，對比實驗結構和理論成果的差異，分析實驗過程中存在的問題，在質疑、論證、改進實驗流程的過程中，生成物理概念，推動學生科學思維發展。

以人教版高一物理必修第三冊第十一章《導體的電阻》為例，本節課主要學習電阻的定義以及電阻率的概念，以及電阻率與溫度之間的關系。在課程正式開始之前，教師發布預習導學案，在導學案中引導學生自行運用電流表和電壓表測試鐵、銅兩端的電流值和電壓值，并在實驗結束后繪制圖像，思考不同金屬導體電流與電壓變化的規律，根據實驗結果回顧初中所學電阻求取公式R=U/I，回顧電阻本身性質，為預習活動的開展做準備。其次教師在預習案中設置問題：導體的電阻大小不受電流和電壓的影響，那么電阻受哪些因素影響呢？在問題的引導下學生利用實驗室中的材料自主設計實驗流程，學生按照以往所學經驗解析問題，提出猜想：導體的電阻與電壓、電流等外因無關，很可能與其自身的性質有關，結合生活經驗推理可能對導體電阻產生影響的因素：導體長度、導體橫截面積、導體材料，結合控制變量理念設計實驗，分析實驗結果思考材料電阻率的意義，為學生的科學思維發展提供有力支持。

結束語

綜上所述，在高中物理教學中培養學生的科學思維，要求教師在授課中不斷總結教學中存在的問題，在把握教學現狀的基礎上改進現有的教學方法，推動建立以學生為主體的物理課堂，將實踐要素以教學材料、教學活動的方式融入高中物理課程中，推動學生主動參與到探究物理知識的學習過程中，面對物理問題時自發地運用建模、推理、論證、質疑、創新等方式分析問題、解決問題，保證物理教學的有效性，為學生物理核心素養的發展提供有力支持。

參考文獻

[1]于連杰.基于核心素養下高中物理學科科學思維培養的案例分析[J].牡丹江教育學院學報，2023（4）：124-125.

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[3]丁丁.高中物理教學中科學思維方法的應用[J].大連教育學院學報，2022，38（2）：30-31.

[4]周婷，尹文佳，李蘭.高中物理科學思維素養的文本分析與提升策略[J].西華師范大學學報（自然科學版），2023，44（3）：326-332.

[5]雷小英.基于物理學科核心素養展開教學目標設計的策略研究[J].國家通用語言文字教學與研究，2022（3）：46-47，62.