物理教學中培養學生科學思維能力的有效策略

摘要

教育的目標是培養學生的核心素養，初中物理教學應將科學思維能力的培養滲透在教學各環節中，逐步培養學生科學推理、質疑思辨、摸索自悟等多種科學思維能力，從而全面提升學生的核心素養。

關鍵詞

初中物理 核心素養 科學思維能力 有效策略

義務教育階段的物理課程作為科學教育的組成部分，是以提高全體學生科學素養為目標的自然科學基礎課程。新修訂的《高中物理課程標準》將物理課程目標深化為培養學生的“物理核心素養”，即學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，它包括：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任4個要素。由于年齡階段的特點，目前初中階段的物理教學非常重視實驗探究，但在培養學生科學思維方面做得還很不夠。“科學思維”是指能基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創造性見解的能力與品質。雖然在這方面我們不用對初中生提出太高要求，但作為初中的物理教師還是應該在教學過程中穿插一些提升學生思辨力的教學環節，為之后的初高中課程銜接以及學生的終身發展打下良好基礎，這樣不僅能讓教學過程更加流暢，也有助于提升學生的思維品質。

一、科學推理：事實與猜想之間的橋梁

初中物理新課常以一些與新課內容相關的生活現象、小實驗、小魔術等引入，一方面可以引起學生興趣，另一方面也為后續教學做鋪墊，應該說非常有效且實用。但在實際教學中，教師往往會在挑選引入的小實驗上動足腦筋，反而忽視了如何從引入過渡到后續的教學。如果教師能在教學過程中精心設計一個發展學生科學推理能力的過渡環節，既不會花太多時間，也能讓學生更明確接下來要做什么，有利于讓“引入”環節更好地為教學服務，也有利于學生思維的發展。

例如，在“光的折射”教學中，有許多生活中的現象或小實驗都與本節內容息息相關，其實這些現象和實驗都可以作為本課的引入。與其絞盡腦汁地思考到底選擇哪個引入才能引起學生的興趣、吸引學生的眼球，還不如踏踏實實地選擇一個實驗，想想怎樣才能讓它更好地為后續教學服務。筆者在引入這節新課時常用這樣一個實驗：在一次性紙杯底部中心區域，用紅色記號筆畫一個直徑約為5mm的圓點，然后將杯子放到實物投影儀攝像頭的下方（攝像頭不要正對底座，而應偏轉一定角度），將杯子放置在攝像頭可以拍到紅點的位置，讓學生在投影幕上看到紅點，然后將杯子向攝像頭偏轉的方向慢慢移動，直到學生正好看不到紅點為止。此時教師提問：“你們能用前面學習的知識解釋一下為什么我們看不到那個紅點了嗎？”多數學生思考后都能答出：“是因為光在均勻介質中沿直線傳播，紅點發（反射）出的光被杯子的上邊緣擋住了，所以我們看不到紅點了。”接著教師慢慢往杯子里倒入清水，在沒有移動杯子位置和調節攝像頭角度的前提下，同學們驚奇地發現：不一會兒紅點又重新出現在投影銀幕上了。此時教師引導：“剛才是由于光的直線傳播導致我們看不到紅點了，但當我在杯子內加入一些水后，我們又再次看到了紅點，根據這種現象大家能得出什么猜想呢？”這樣，“光從水中傳播到空氣中很可能不沿直線傳播”的猜想很容易就得到了，接下來就是討論光往哪偏折、設計實驗驗證、探究光的折射特點等一系列流程了，這樣既符合學生的認知特點和規律，也鍛煉了學生的科學推理能力。

二、質疑思辨：深化概念理解，實現自主建構

物理概念是物理學的基礎，也是中學物理教學的重點、難點。優化物理概念教學是中學物理教學成功的關鍵，學習物理概念不能靠死記硬背，否則就不能真正理解、靈活運用。比值法是定義物理概念的常用方法之一，如果能夠讓學生從概念建構中提煉出比值法，理解比值法的思想，并能用比值法定義概念，那么學生的學習就得到了真正的內化，并能提升科學素養，形成物理學科文化。

例如，在“速度”概念建構教學中，當學生了解了“相同路程比時間”和“相同時間比路程”這兩種方法后，筆者都會給出兩組數據并請學生分析：“從我家到學校的距離約為4km，我開車上班所需要的時間大概是10min；而從我家到嘉興市區的距離大約是20km，我開車過去大約需要40min，請問我去哪里的車速更快些？”

由于學生在數學學習的過程中早已接觸過“速度”的相關計算，于是他們很快就能算出來：第一次的速度是0.4km/min，第二次的速度是0.5km/min，所以第二次比第一次快。教師接著追問：“那為什么你們會覺得0.5km/min的速度比0.4km/min的速度快呢？”經過思考，有一部分同學能夠回答出：“0.5km/min表示汽車每分鐘行駛了0.5千米，而0.4km/min表示汽車每分鐘行駛了0.4千米，所以第二次比第一次開得快。”教師再反問：“你們都是用路程與時間的比值來比較物體運動快慢的，那如果我用時間與路程的比值就不能比較出物體運動的快慢了嗎？”

聽到這個問題，大多數學生都愣住了，只有少部分學生用很不確定的語氣說道：“這樣也行？”于是我鼓勵大家用這種方法也計算一下，看看用這種方法計算出的兩個比值能否比較出物體運動的快慢，學生計算后得出：兩次的比值分別是2.5min/km和2min/km，然后我讓學生嘗試著用前面的方法描述一下這兩組數據的物理意義：行駛1千米的路程用時2.5分鐘和行駛1千米的路程用時2分鐘，講到這里當然就很容易比較出哪次運動得快了。

這時學生七嘴八舌的討論中夾雜著驚異的對話：“咦，怎么比值越小的那組數據反而表示物體運動得越快了呢？”教師適時引導補充：“考慮到‘比值越小表示物體運動得越快’這種思維不太符合我們的常規認知邏輯，所以物理學上選擇了用‘路程與時間的比值’來描述物體運動的快慢，叫做速度，這樣大家都明白這個公式的由來了吧？”

初中階段用比值法定義的物理量還有：密度、壓強、功率、比熱容、熱值等，“速度”這一概念雖然在前面的數學學習中已經接觸到了，但當時學生只是被簡單地告知有這一公式，然后進行計算，他們并不了解這個定義的來龍去脈。但如果在教學過程中多花個三五分鐘，讓學生多進行一些比較、討論和思辨，不僅有助于他們對物理量的定義和物理意義的理解，而且也對后續比值法定義的學習有良好的促進作用。

三、摸索自悟：在交流探討中實現合作式自主學習

基本測量工具的使用是初中物理教學中的重要內容，學會正確使用測量工具不僅是課程標準的要求、中考考點，也是完成實驗探究的基礎和保證。由于課本上描述器材使用的相關文字類似于一份說明書，所以許多教師在處理這部分教學內容的時候大多采用“教師直接講授”或“學生自學”兩種方法，筆者并非認為這兩種方法不可行，但如果我們能夠設計一個讓學生觀察、摸索、討論、自悟的教學環節，那不僅能夠加深他們對測量工具的了解，同時也能將一個看似并不重要的環節加以深化和拓展，讓學生在學習知識的同時也發展了思維。

筆者曾在電流表使用的教學中，偶然問聽到學生的對話：“電流表有三個接頭，那該怎么連到電路里去呢？”“傻呀，黑的接頭肯定要用的，然后兩個紅的接頭里面選一個唄！”聽到這里，我真正認識到：學生在進入課堂的時候并不是一張白紙，他們已有自己的想法和認知，我們能否在教學中充分發揮學生的主觀能動作用，讓他們自行觀察電流表的結構特點，然后由學生提出自己的想法或疑問，再由教師引導學生一起討論、思辨、嘗試，最后自己總結出電流表的使用方法及注意事項呢？經過幾年的教學實踐，我發現學生對于如何使用電流表大概存在以下幾個問題：電流表的指針沒有指在零刻度怎么辦？電流表上為什么有三個接線柱，該如何選擇？電流表的表盤上為什么有兩排示數，為什么還有負數？電流表該與被測用電器串聯還是并聯？把這幾個問題解決后，學生也就學會如何正確使用電流表了。

在教學實施過程中，我會在課前故意把幾個小組電流表的指針調到指向非零刻度的位置，學生在觀察電流表時都會發現這個情況，自然就引出了“校零”的問題。接下來由學生在摸索中提出并討論解決以下一系列問題：1.電流表有三個接線柱，如果將電流表接入電路只需要兩個接線柱，那應該怎么選擇？2.實際測量過程中不知道被測電流的大小，你覺得該如何在兩個正接線柱中作出選擇？（可以給出兩個不同的電流值，讓學生選擇合適的接線柱并說出理由）3.為什么你覺得用小量程電流表測出來的數據會更準確呢？4.選擇不同量程時，電流表的分度值各是多少？筆者發現，在經過一系列討論后，同學們基本能達成共識，大家在摸索和自悟中也能夠理解并掌握電流表的使用方法，這樣的學習方式很活潑，學生也比較感興趣，教學效果良好。

物理核心素養包含的方面很多，培養學生的物理核心素養也不可能一蹴而就，這需要教師在平時的教學中始終將學科教學理念貫穿于教學每個環節。在物理教學高度重視實驗的大環境下，教師更不應該忘記對學生科學思維能力的培養。像實驗設計、數據分析、查找錯誤等環節都是需要學生思考辨析的，如果說實驗是外在的形體，那科學思維能力便是內在的靈魂。教師在實際教學中，不妨讓教學過程“復雜”一點，讓學生在思辨中悟理，讓我們物理教學更好地為培養學生的核心素養而服務。