如何在物理教學中培養中學生的科學思維

胡海元

一、中學生科學思維發展的現狀

中學生已經能提出關于物理現象本質的問題，這一點是和科學家一樣的，盡管有些問題在他人看來或許顯得無關緊要。

學生在探究事理的時候強調找出前因后果，但是很難將已經習得的理論和獲得的事實進行區分，在學習新的知識時，往往固守以前學習過的理論，而不考慮新的事實。例如，高中經常討論的題目，長木板放在水平地面上，其上放一小物塊，給木板施加一個力，求木板的加速度。學生經常犯的錯就是把物塊的質量加在一起進行計算，因為在生活中，他們知道身上負重后自己的行動更困難了。

學生的思維更容易受到偶發事件的影響，他們不會像科學家那樣去尋找根本性的原因，而且在得到的事實明顯和假設沖突的情況下，他們還會固執地認為假設得到了驗證。在“測電池的電動勢和內電阻”的實驗中，由于電池較新，內阻小，內電壓小，外電壓變化根本不明顯，學生甚至不惜編造數據來得到電池的內阻。

二、物理課堂的現狀

以科學思維來指導人們探究世界本質的行為，需要在仔細觀察的基礎上，通過測量、繪圖和理解，收集、整理并分析數據，適時調整自己的思考方法，合理運用相關知識解決問題。而這些相關的技能技巧卻是常規的課堂上學習不到的，尤其是應試教育背景下的課堂。因此，適當在課堂上加強這方面能力的培養是必須的。

應試教育恰如沉疴頑疾雖在下猛藥治理但仍然頑強地生存在校園里、課堂上。因社會、學校、教師均受實用主義、功利主義影響至深，考什么教什么、考什么練什么、教室代替實驗室、講桌代替實驗桌的現象從來沒有被根除，應試教育也在技術層面上日趨完善，大有愈演愈烈之勢。從商業角度看，由考試帶動起來的經濟，已經形成產業鏈條。

應試教育阻礙了學生去尋找自己感興趣的問題答案。這是不言而喻的，不管是初中還是高中，為了中考或是高考，更多的是老師手把手地教學生設計并完成實驗，分析并得出結論，然后是鋪天蓋地練習題，有時候甚至實驗過程都沒有，直接講結論，然后就是訓練。

考試院的命題專家雖然試圖通過試題創新來考查學生相關的思維能力以引導物理教學走向注重能力培養的一面，而基層的教育工作者卻只要是題就會找出命題規律就會尋找新的方式去適應試題的變化。可以說，命題越“難”，學生應試的任務就越重，就越是沒時間去做有意義的思考。

由于學校實驗器材不配套，數量也不能滿足需要，很多學生實驗根本就沒有開過。學生缺乏了實驗探究的機會，要培養科學的思維是很困難的。

三、培養科學思維的教學策略

1.從日常生活出發，構建科學探究的問題情境

如前所述，學生提出的“天空為什么是藍色的”是一個很好的物理問題，也和生活密切相關。在機械波的教學中，尤其是講了波的衍射后，探討這個問題就有了一定的知識準備。

當一滴雨落在一個水洼里時，在水面上就會產生小波浪，波浪一起一伏地變成更大的圈，向著四面八方擴展開去，這就是水波。如果這些波碰上一塊小石子或一個別的什么障礙物，有的就會反彈回來，改變傳播方向，這叫波的反射。還有一部分卻可以繞過障礙物繼續傳播，就像障礙物不存在一樣，這叫波的衍射。

光也是一種波，陽光從天空照射下來，一樣會連續不斷地碰到某些障礙。因為光所必須穿透的空氣并不是空的，它由很多很多的微粒組成。光遇到這些障礙物時，同樣會發生反射，改變運動方向，也有一部分會發生衍射。紅光黃光等光由于波長較長，容易發生明顯的衍射，而藍光紫光等光波長較短，與障礙物碰撞發生了散射，分布的到處都是，這樣天空就顯得是藍色的了。

遵循這個思路，引導學生思索，就可以啟迪學生思維，最終理解問題的實質。而且還可以進一步解釋“頭頂的天空是藍色，而地平線的天空是白色”“太陽落山時的傍晚，天空不顯現藍色而顯現紅色”“正在下落的太陽是暗紅色的”等問題，甚至還可以做一個實驗：拿一杯水，把它放在一個黑暗的背景里，滴進一滴牛奶，再拿一只手電筒照射杯子的一端，并靠近它，手電筒的光在水中即會顯現出淡藍色。如果你往水里放進的牛奶越多，水就越白，因為光一再地受到這些眾多的牛奶微粒的散射，結果就是白色的。

在這之后，進一步讓學生去觀察，日落后天空也還會在一段時間內呈現深藍色，然后再給學生介紹相關的知識，可以肯定，這樣的教學對于培養學生對科學的興趣以及科學思維都是大有裨益的。

然而，這些知識和方法，考試似乎不涉及，在課堂上是難得現身的。

2.利用計算機及其他設備，模擬科學探究的實驗情境

對天體運動的描述，需要用到豐富的物理知識，完全可以作為給學生傳授復雜物理原理的基礎。但是，我們是沒辦法從一個更宏觀的角度去觀察天體的運動的，這時，用一個多媒體課件，比如，Flash動畫，來展示天體的運動情況，其生動直觀的效果，對于幫助學生構建知識、理解規律的作用是相當大的，教學效果十分明顯。還有，微觀粒子的運動，如果用動畫展示，也會讓學生身臨其境，加深理解。

3.提前覺察學生的潛在概念，將其作為理解新知識的腳手架或者借以構建糾錯情境

即便是沒有進行任何物理教育，學生對這個世界也有在感知的基礎上建立起來的一些前概念。比如，力、運動、空間、時間等。這些概念，有的具有一定的正確性，但同時也具有模糊性，在教學時加以引導、甄別，可以加快學生習得正確的認識的過程。而有的概念，比如前面提到的滑塊與木板問題中學生的生活經驗，則是錯誤的，這會形成很壞的負遷移，在教學中就要引導學生認真分析，摒棄舊觀念，建立新概念。

4.提倡小組合作學習，構建培養科學思維的社會環境

知識是通過互動的方式建構起來的。將學生分成學習小組、實驗小組，讓他們在學習中相互交流、相互探討、互相協作，不光能夠培養科學思維，更能培養合作意識，對于將來的生活都有極大的指導意義。

最后，精選習題，一定要剔除偏、難、怪的習題，減輕學生負擔，留更多時間給學生獨立思考。