基于發展學生科學思維的物理課堂建構

蔡碧云 邵邦武 鄭衛峰

摘 要： 科學思維是物理學科核心素養的核心內容之一.落實科學思維和方法教育是體現物理學科核心價值的重要環節，而課堂教學是落實科學思維和方法教育的主要途徑.這就要求物理教師要深入研究高效的課堂教學策略，使科學思維與方法教育落到實處，更好地促進學生核心素養全面發展的物理教學目標得以實現.為此，本文基于發展學生科學思維，以公開課“體積的測量”為例，闡述在課堂教學建構中的教學策略問題.

關鍵詞： 核心素養;科學思維與方法;體積的測量;教學策略

學生物理核心素養的發展是個循序漸進的過程，是每一堂課的具體教學目標在學生頭腦中的不斷整合和內化.同時，物理核心素養又是主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面構成[1]，為了實現學生核心素養的全面發展就必須把這些要素落實在每一節課的教學目標中.因此，這就要求物理教師要明確每一節課的物理課的價值以及該一節課是主要促進學生哪一方面的核心素養得到發展，并且圍繞學生核心素養的發展，整合教學內容，構建出高效的課堂教學.

本文以公開課“體積的測量”為例，針對如何落實科學思維這一核心素養要素，闡述基于發展學生科學思維的課堂教學建構的教學策略問題.

1 以“物理學史”為載體，顯化物理科學方法教育

物理學史反映了物理學概念、定理、定律的醞釀、產生和發展的過程，蘊含了物理學家們研究物理的方法，體現了物理學家們執著追求、堅持真理的精神等，是培育核心素養的重要教學資源[2].因此，在對教學內容進行整合時，深入挖掘所教內容的科學思想和方法，科學使用融入物理學史的教學策略，對物理科學方法教育的效果大有裨益.以下是“體積的測量”一課中的兩個教學片段.

【教學片段一】

教師展示中國古代的“斗”以實物的形式展示于課堂之上，并簡單介紹了秦始皇統一度量衡的創舉，引入課題.繼而，介紹歐幾里得的幾何法測體積.

【教學片段二】

從曹沖稱象、阿基米德鑒別王冠的故事啟發學生用“等積轉換”的等效替代法來測量體積.

以上兩個教學片段，從古到今，由國內至國外，橫向整合了教學的內容，讓學生對“體積的測量”的發展有了一個宏觀的認識.在這過程中讓學生明白事物在不斷發展，社會一直在進步.這既提高學生的民族自豪感，又推動科學態度與責任素養的沉淀和積累.以曹沖稱象和物理學家阿基米德鑒別皇冠為引子，啟發學生運用“等積轉換”的等效替代法，顯化科學方法教育.而等效替代法是常用的物理科學方法之一，使用頻數也較高.因此，教師注重等效變換的科學方法教育，有利于促進學生靈活運動知識，對知識和技能的遷移也大有幫助.

2 以問題為導向，在層層深入的教學中發展科學思維

在學生探索世界，構建知識，形成能力的過程中，離不開教師對學生的引導和啟發[3].以問題為導向，進行誘導教學，能給物理課堂帶來不一樣的教學效果.教師提出有針對性的問題，有利于激發學生的思維，展開積極的思考.利用誘導式的問題引導學生得出正確處理疑難的方法，這不但可以鍛煉學生的思考方式，而且可以提高學生學習物理的自信心.

【教學片段三】

在“不規則固體體積的測量”環節，教師設計了以下兩個核心問題：

問題1：液體體積可以直接測量，規則固體體積可以用刻度尺測量.那么，形狀不規則的物體體積如何測量？

問題2：用“排水法”測不規則固體的體積時，受到哪些條件限制？

以上教學片段，以問題為導向，提出不規則固體體積該如何測量這一問題.從古人的智慧受啟發，自然引導學生用排水法解決生活中的液體和不規則固體的測量;再是由問題“用‘排水法測不規則固體的體積時受到哪些條件限制？”引導出學生用“埋沙法”自然過渡到用“飽和溶液法”測量溶于水的不規則物體;對于浮于水面的物體，從學生用“手壓”的方法到用“棍子壓”的方法，步步誘導，最終得出用“針壓法”和“懸重法”測量浮于水面的物體，比如石蠟;這讓學生真正掌握了“飽和溶液法”“針壓法”“懸重法”“溢水法”存在的價值和作用.整個過程層層深入，從沉于水的石頭到會溶于水的冰糖，再到不沉于水的石蠟等等，層層引導學生經歷基本方法“排水法”“埋沙法”“飽和溶液法”“針壓法”“懸重法”的運用.利用有梯度的設問，不僅激活了學生的思維，還可以促進學生思維的發展，開發學生的潛能，提高創新能力，將學科核心素養落到實處，不再是束之高閣的空談.

3 在課堂習題教學中滲透科學思維方法教育

物理學作為方法論代表的學科，有著豐富的思想方法，比如理想模型、外推法、比值定義法、控制變量法、等效替代法等等，應將這些方法滲透在教學之中，內化為學生自己解決問題的方法，成為學生核心素養的一部分[4].習題既是教學內容的重要組成部分，又是滲透科學思維方法的重要途徑.因此，為了在物理課堂教學中更好地落實科學方法教育，筆者認為教師首先要明確每節課的課堂習題的設計意圖，有針對性地發展學生某方面的核心素養.

在“體積的測量”一課中，教師在“拓展思考”練習環節設計了以下三個思考題.

思考1：一張紙的體積如何測量？

思考2：科學發展到今天，人類已經掌握了許多測量天體的方法.有人利用地面樹蔭下的光斑來估測太陽的體積：測得樹蔭下的圓形光斑的直徑2.8cm，光斑到樹蔭的間隙距離為3m.已知太陽到地球的距離為1.5×1011m，估算太陽的體積（如圖1所示）.

思考3：大石牌的體積如何測量？

以上三道課堂拓展思考題中“一張紙張的體積如何測量”一題，旨在引導學生抓住有關等效的特點，運用“轉換”的等效思維分析和解答相關的物理問題.這也是對本節課的重要科學方法——“等積轉換”的等效替代法的鞏固和遷移.在解答物理問題的過程中的應用，發展學生能力、提高學生素養.拓展思考題2，一方面加強數理邏輯的訓練和培訓，提升運用數學知識解決物理問題的能力，注意到不同學科知識之間的聯系和滲透.在進行教學設計時，考慮各內容之間的關系，以統籌安排各節課之間的銜接點，有利于具體目標的整合，促進學生核心素養的發展.拓展思考題3正是為下一節密度知識的應用做鋪墊，讓學生知道還可以根據質量和密度來測量物體的體積，探索永無止境.

4 以“具象圖”為工具，可視化思維過程

目前，物理教學改進的重要方向是引導學生關聯整合所學的知識，發展物理核心素養[5].新思維具象法（New Thinking Visualization）是指通過深入地理解性邏輯與結構化思考，借助擬人化或擬物化的圖形方式，將原本看不見的、抽象的學科知識的邏輯關聯、結構以及思維路徑轉化成為看得見的、具象化的圖形表達，從而達到物理知識架構與物理思維邏輯架構的高度融合與統一以及思維可視化與知識可視化的統一.

在教學的“課堂總結”環節，教師運用具象法進行板書設計和課堂總結，如圖2所示.

通過具物化的實驗探究過程，訓練具象思維，構建具象圖.在構建具象圖的過程中，將知識生動地呈現在一只“蝴蝶”上， 幫助學生建立更加完善、 合理的物理知識體系，促進學生物理學習能力和效率的提高.還會產生有“見碟如見課”的效果.因此，物理教師在課堂教學中要有意識引導學生在學習中應用“新思維具象法”，幫助學生更好感知和把握知識的內在聯系，形成良好的思考習慣.這會大大提高物理教學實效.

5 結語

“體積的測量”一課是以發展學生物理學科核心素養中“科學思維”這一要素為著力點，具體化教學目標.根據需要整合教學內容，深入挖掘了每個教學內容的教育價值.在教學的各個環節中滲透科學思維方法教育，促進高效的核心素養課堂建構.最后，我們認為，實施物理核心素養為導向的物理教學，需要物理老師具體去分析每節課在促進學生核心素養發展中所起得作用，明確每一節課主要發展學生哪些方面的核心素養.在確定教學目標之后，深入整合教學內容，研究構建核心素養課堂的建構和落實的策略.只要這樣，發展學生核心素養才不會成為空談.

參考文獻：

[1] 胡衛平. 物理學科核心素養的建構[J]. 中學物理教學參考， 2017（13）： 1-3.

[2] 王高. 融入物理學史 培育核心素養[J]. 物理教師， 2017（11）： 26-30.

[3] 林欽，陳峰，宋靜. 關于核心素養導向的中學物理教學的思考[J]. 課程·教材·教法， 2015（12）： 90-95.

[4] 沈金林. 基于核心素養導向的物理習題教學策略[J]. 物理教學， 2017（4）： 2-6.

[5] 郭玉英，姚建欣，張玉峰，等. 基于學生核心素養的物理學科能力研究[M]. 北京：北京師范大學出版社，2017.