科學思維目標導向下的課堂教學實踐
——以“電磁感應現象”為例

◎ 張 艷

辯證唯物主義認為，思維是人所特有的一種認識能力，是人有意識地去主動掌握客觀事物的高級形態。它是人們在社會實踐的基礎上，根據一定的科學方法，綜合以往的經驗，對所發現的客觀材料進行分析，構建起合乎邏輯的理論體系，以反映客觀事物的本質屬性。思維的過程就是一個從表面現象出發，不斷挖掘事物內在的邏輯關聯，從而達到對客觀事物深入認識的過程。

本文中所指的科學思維是思維的下位定義，是指人有意識地對科學事物的本質、規律及其相互關系的概括反映。因此，作為物理學科核心素養之一的“科學思維”，是從物理學視角去審視客觀事物，是能夠基于經驗事實構建理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等具體方法的內化，也是指能夠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。

我們的學生終將面對全新的未來，在新的環境中及時捕捉有效的信息，并做出合理的應對是他們必須要面對的課題。因此，在科學思維視域下開展課堂教學，幫助學生在接受物理教育過程中逐步形成適應未來發展的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，顯然是培養學生核心素養的重要抓手。2020年，上海市教育委員會統一組織了空中課堂的錄制，筆者參與了高二年級物理學科“電磁感應和電磁波”單元的錄制工作。本文以本單元第一課時“電磁感應現象”為例，說明如何在科學思維目標導向下進行課堂教學實踐。

一、 創設經驗情境，經歷概括與抽象的思維加工過程

我們面臨的是一個紛繁蕪雜的客觀世界，它是一個復雜有機的整體。正因為客觀事物的本質隱藏在復雜的真實情境中，我們對科學事物的認識并不是一蹴而就的，需要從不同角度、不同層次去進行觀察和理解，并在積累了大量知識和經驗的基礎上，形成對科學事物立體的、完整的認識。因此，剝離了真實情境的物理教學是空洞而無意義的，教師在進行科學思維教育時，必須從學生已有的生活經驗出發，幫助學生從客觀情境中獲得關于科學事物的本質信息，并加工改造內化為物理觀念。

學生在學習物理概念之前，基于生活和已有的知識，已經形成大量經驗情境，這是他們構建新的物理概念的重要基礎。學習是一個循序漸進的過程，基于生活經驗和學習基礎對所觀察的現象進行信息加工和重組，概括并抽象出事物的本質特征。例如，當建立“產生感應電流的條件”的概念時，在已經通過觀察得到可以利用條形磁鐵產生感應電流的基礎上，筆者創設了用通電螺線管代替條形磁鐵來探究產生感應電流條件的實驗情境。具體內容見表1。

表1 “產生感應電流的條件”實驗探究活動

二、通過連貫的問題邏輯，引領科學思維活動的方向

雖然科學思維的過程并沒有固定模式，但就科學發展的歷史來看，很多科學發現都是基于問題的發現和解決，因此能夠在真實的情境中提出問題、尋找證據、論證解釋是普遍的科學思維的活動方向。愛因斯坦曾說過：“發現問題比解決問題更重要”。在課堂教學中，教師通過創設合理的問題情境，能夠幫助學生在較短的時間內集中精力對現象的某一方面進行深入思考，使學生的科學思維得到進階。

筆者在本節課中設計了以下電磁感應現象發現過程的問題鏈。

（1）要產生并觀察到磁生電的現象，如何設計這個實驗？

（2）如何得到一個磁場？

（3）可以用什么辦法觀察到閉合電路中的電流？

（4）你會選用什么器材？

（5）當時的實驗條件下，科學家們選用了什么器材？

（6）是什么原因，導致了這個發現的歷程要10年之久？

思維是一種高階的大腦活動，假如我們的問題僅僅停留在表層的思考，對于提升學生的思維品質是幫助不大的。一系列問題的設計有助于引導正確的思考方向，在問題鏈中，筆者圍繞電磁感應現象的發現過程，讓學生以科學家的視角審視科學發現的必經過程，比較200多年前和當下實驗條件的不同，除了能更徹底地理解感應電流只在磁場變化的過程中才會產生，更是學習了一種普遍的科學探究的方法。

三、在活動和任務的驅動下，學習科學思維的基本方法

核心素養并不是與生俱來的，它可以在先天條件的基礎上，綜合后天環境的影響，通過教育來形成和發展，因此科學思維方法是可教可學的。在課堂教學中，把活動或任務融入真實的教學情境，結合自然科學在長期發展過程中形成的一系列基本的思維方法，有目的地發展學生的科學思維，從而提升學生的核心素養，具有實際的教育價值。

（一）分析與綜合

分析是一個層層深入的過程，我們所研究的對象往往具有多個方面的不同特征，一開始就從整體去研究，往往會讓人無從下手。如果把研究對象分解為不同的要素，對不同要素分別做出合理的剖析，則往往更容易突破。相對而言，綜合是一個整合的過程，把分開來的各個要素整合在一起系統思考，找出相互之間的內在聯系和相互作用，通過對研究對象的整體思考，正確地認識客觀對象。分析與綜合不是兩種割裂的思維方式，要完整深刻地認識客觀事物，必然是分析與綜合相結合的過程。分析與綜合思維只是研究的出發點不同，但最終指向的都是我們對事物本質的不斷發現。

（二）抽象與概括

實際的情境往往是非常復雜的，為了探索和揭示事物的本質與規律，自然科學在長期發展的過程中形成了“突出主要因素，忽略次要因素”的思維方法，對揭示事物的本質特征起到了重要的作用。因此，我們可以針對研究問題的特點，忽略問題中一些次要因素，提煉出最主要的、本質的因素進行研究，建立起一個易于研究的物理模型，這個建模的過程就需要用到抽象與概括的方法。

（三）比較與分類

比較是通過確定事物之間的異同點來加深理解的一種思維方法，當不同的客觀事物具有相同的描述量時，我們就可以對它們加以比較，通過比較不同事物的同一個描述量以及其差異的形成原因，可以達到認識事物的本質和規律并做出正確評價的目的。分類是在比較的基礎上，根據研究對象的異同點，把事物進行歸類的思維方法。分類的思維方法能幫助學生更好地建立起學習框架，形成一定的知識模塊。

（四）邏輯推理

邏輯推理是一種非常重要的科學思維方法，它是人們在認識過程中借助于概念、判斷、推理等思維形式能動地反映客觀現實的理性認識過程。與形象思維不同，邏輯推理需要我們擁有更高的抽象思維能力，能透過事物的表面現象，經歷歸納和演繹的邏輯推理過程挖掘事物的本質。

筆者將上述介紹的科學思維基本方法運用在本節課中，具體內容見表2。

表2 科學思維基本方法在本節課的運用

四、重視學本評估，促進自我建構，不斷發展深度思維

學生科學思維的發展需要教師創設一系列的條件，在真實的情境中提出問題，通過科學推理和論證，都是發展思維的重要手段。但學習的最終指向是讓學生能積極主動地應對未來環境。因此，在學習過程中不斷進行反思與評價，是提高學習力的重要法寶。根據目的與功能區分，主要有三種不同取向的課堂評價類型，分別是對學習的評價（assessment of learning）、為了學習的評價（assessment for learning）以及作為學習的評價（assessment as learning）。三類評價并無優劣之說，它們對學習所發揮的作用各不相同：對學習的評價主要是判斷學習者當下學習水平的高低；為了學習的評價則給教育者提供信息以及時改變教學策略；作為學習的評價則更強調學習者的自我判斷與調整。總而言之，教學評價應該以促進學生物理學科核心素養的提升為目的，因此采用后兩類評價更適應發展學生科學思維的目標。本節課中自我評價任務的具體內容見表3。

將評價融入教學和學習的過程中，促使教學信息轉變為學習信息。教學通過設計情境性的評價任務或者基于規則的檢測性的評價任務來“發送信息”。學生通過同伴評價和自我評價接受與加工信息，在這一過程中，通過反思與建構獲得新的知識圖譜。

教學是一個創造的過程，教育的目的是讓學生得到發展。物理學科中有著天然的育人價值，在經典物理知識背后所承載的理性思維方法和實踐探究方式，對于自然科學和社會科學活動都有著重要的意義，也是學生所必須發展和具備的能力。立足課堂，創設真實的問題情境，在解決問題的過程中發展學生的科學思維，對于培養學生的核心素養，從容應對未知的世界有著明顯的積極意義，也是物理學科教師應不斷努力并將持續努力的方向。

表3 自我評價任務