培養科學思維能力回歸物理學育人本位

卞蘋蘋　宋四華　陳勁松

摘 要：核心素養的目標為培養全面發展的人.從物理學科特點和學科優勢出發，結合物理學科的核心素養，著重培養學生的科學思維能力，充分發揮物理學科的育人價值，方能順利、有效地實現核心素養的提升.

關鍵詞：核心素養；科學思維；深度學習

目前，我國基礎教育正在發生著從“知識本位”時代走向“核心素養”時代的關鍵轉變.核心素養從總體上勾勒了新時代人才必須具備的人格品質和關鍵能力.核心素養的提出，必將在理論和實踐上引起學科教學的全方位變革.從教學價值角度說，核心素養指向的是解決“教育上培養什么樣的人”的問題.從發展學生核心素養的視角去定位當前的課堂教學價值和目標，即是為了學生的全面發展.

各學科的學科素養都對核心素養的發展有著個性和共性的貢獻.物理學科的核心素養是學生在物理的學習過程中形成的必備品格和關鍵能力.通俗地理解，就是把所學的物理知識都忘掉后，所剩下的給人終身受用的東西.從專業的角度講，主要由“物理觀念”、“科學思維”、“實驗探究”、“科學態度與責任”四個方面的要素構成.科學思維是從物理學視角對客觀事物本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式；是基于經驗事實構建理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內化；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判的品質.

筆者認為，物理學科更具有培養學生科學思維能力的優勢，培養學生科學思維能力亦能彰顯物理學科的育人價值.培養學生的科學思維能力應力爭做到以下幾點：

一、巧設問題情境，啟迪科學思維

楊振寧指出：物理學最重要的部分是與現象（情境）有關的，絕大部分物理學是從現象（情境）中來，現象是物理學的根源.“學源于思，思起于疑，疑是思之始，學之端”.物理課堂教學過程是在撥開教材嚴謹、神秘的面紗中，師生的思維發生碰撞，以不斷地提出問題并解決問題來獲取新知識的問題性思維過程.思維通常是由問題情境產生的，創設問題情境的實質在于揭示物理現象的矛盾，意義在于引起學生內心的沖突，動搖學生已有認知結構的平衡狀態，從而喚起思維，激發內驅力，使學生進入問題探究者的角色，真正參與到物理學習活動中，達到掌握知識、訓練思維能力的目的.巧妙地創設學生常規思維之外的問題情境是開啟學生科學思維的金鑰匙.學生的興趣、好奇心、探究欲望、弄清問題的迫切愿望會使思維一直處于緊張、有序的活躍狀態.在探究的過程中應用到分析綜合、論證等思維方法亦能加強科學思維能力的訓練.

例如在“大氣壓強”一節“大氣壓強存在”的教學中，可以創設“覆杯實驗”中紙片沒有掉下來的情境.學生的驚訝表情表明他們充滿了好奇和興趣.轉動的眼珠和抓頭的動作是他們在思考的表現.因為這個現象是出乎意料的，越是這樣的現象越能激發學生的探究興趣和欲望.在學習“大氣壓的測量”時可以用一較大的吸盤掛鉤，讓學生感受拉開它的困難.大氣壓如此之大，有多大呢？如何測量呢？引出了問題：設計測量方法，優化、選擇可操作性強、誤差小的測量方法進行試驗.經歷了探究過程，得出結論解決了物理問題，提高了多種能力，訓練了科學思維.

上述的教學路徑是：以情境引問題，以問題導探究，以探究促真知.這樣的設計讓學生始終帶著一種要解決問題的迫切需要，即學習任務的驅使.整個過程他們的思維一直在緊張地忙碌著、活躍地碰撞著、批判地選擇著.在這個過程中訓練和提高了學生的問題意識、合作精神、方法整合、批判精神.所以，情境是問題的起源、問題是探究的動力、探究是培養和訓練思維的沃土.從情境教起，教的才是思維，學生收獲的才是才思和智慧.

二、注重方法滲透，內化科學思維

物理方法由思維方法與物理知識結合而成，并在展開過程中體現思維方法.思維方法教育既不能脫離物理知識，也不能脫離物理方法.物理方法是客觀的，源于物理學的研究積累，通過傳授可以使學生掌握.思維方法是主觀的，是人的大腦功能，訓練才能形成.我們要想內化提高學生的科學思維，必須以物理知識為載體，在學習物理知識的過程中加強研究方法的應用和積累，使學生熟練掌握一些基本的物理方法，通過方法的應用訓練其思維的靈敏性、靈活性和縝密性.

初中物理經常用到建模方法，建模過程是從形象思維到抽象思維的過程.教師應設計出巧妙的能提供建立形象思維的感性素材，在此基礎上引導學生去認識、比較、思考、理解物理概念的真諦和建立的模型與物理概念的關系.

例如“磁感線”模型的建立.磁場是一種物質，物質不以人的意志而轉移，無論我們看得見、看不見，承認與否，它都是客觀存在的.正如愛因斯坦所說：“磁場”在物理學家看來正如他坐的椅子一樣存在.但如何感知它的存在？學生茫然.教師可以通過在其中放置小磁針，讓學生觀察小磁針的狀態進而感知磁場是存在的.在不同位置的小磁針靜止時的指向不同，學生也能明白不同位置磁場方向不同.但他們往往認為磁場的方向是由小磁針的位置而決定的，這就把物理規律和科學方法弄錯了.教師應采用類比的方法來點撥迷津：小紅旗與風向的關系，有風、無風，風向與風力如何都是確定的，小紅旗只是體現風的一些特點而已.這時又滲透了轉換法的思想.由用小磁針到用鐵屑體現了由少到多、由點到線、由個別到一般的研究方法.磁感線是根據鐵屑的排列情況來描繪磁場的，它其實就是磁場的畫像.這樣學生就容易理解磁場、鐵屑、磁感線的關系了.

三、開展深度學習，創新科學思維

深度學習是一種綜合和反思的過程，它能使學習者獲得系統性知識、批判性精神、創造性思維等，是一種充分挖掘個人潛能以培養完整人格的學習.深度學習的內涵是教會學生正確的思維方式，思維是教學的核心，創新是思維能力達到一定高度的體現.所以深度學習是培養創新思維能力的必經之路.

例如在“電磁感應”教學中，學生不難從圖1的演示實驗中得出：導體只有做切割磁感線運動才會產生感應電流.但容易忽視另兩個條件：“閉合”和“一部分”.教師可利用這個契機開展深度學習，把學生的思維拉寬、拓深、抬高，催生出創新意識.教師可以引導學生思考：電路中有電流的條件是什么？答案：電源，閉合回路.追問：此電路中的電源在哪里？你認為最有可能是哪部分呢？回答：切割磁感線的那條邊.如果把整個線圈都放在磁場中，線圈移動時就會有幾條邊切割？回答：兩條.那么，這個電路中就會有兩個電源，他們的正、負極什么關系？回答：由于在同一個磁場中，朝相同方向切割，故這兩個電源的正極相連、負極相連.這怎么會有電流呢？所以，只能是閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，才會產生感應電流.若要實現兩條邊都切割還會產生感應電流，應如何改進呢？回答：兩條邊分別在方向相反的磁場中：線圈豎直放置，上一條邊在一磁場中，下一條邊在另一方向相反的磁場中；或是將線圈水平放置，左一條邊在一磁場中，右一條邊在另一方向相反的磁場中.教師肯定他們創造了推拉式發電機.如果只能在同一磁場中，那就不能移動，只能轉動，這就是手搖式發電機.這既能讓學生更好地理解發電機的工作原理，又培養了他們的創新思維能力.

教學是提示某種文化內容必須被學生掌握的一種活動.教學必須借助某種文化內容的習得，同作為生存能力的人格的形成聯系起來.正如德國的教育家赫爾巴特提出的“教育性教學”：他認為，不存在沒有教學的教育，也不存在沒有教育的教學.我們要切實把握好自己的課堂教學，充分挖掘物理學科教學的育人潛能.用盡自己的教學智慧把課堂建構從傳授知識、培養能力定位到“改變思維、啟迪智慧、點化生命”的核心素養高度.

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