培養(yǎng)學生科學思維的探索

李國春

摘要：科學思維是物理核心素養(yǎng)之一，在高考中，科學思維的考查也是重中之重。培養(yǎng)和提高學生的科學思維能力，是我們中學物理教學的重要任務之一。本文將從五個角度，在教學實踐中進行探索，深入淺出，引起學生的思考、探索、模仿，再進行自我完善知識體系結(jié)構(gòu)中達到思維能力升華和再創(chuàng)造，從而能靈活、創(chuàng)造性應用到新的問題中，讓學生的思維能力有梯度的一步步提升，從而培養(yǎng)學生科學思維，使其能更自信面對即將到來的高考。

關鍵詞：核心素養(yǎng);科學思維;思維方法;探索

諾貝爾物理學獎獲得者，德國物理學家勞厄曾說過：“重要的不是獲得知識，而是發(fā)展科學思維的能力。”科學思維就是科學思維方法的思維，它是科學思維方法在學生思維過程中形成的內(nèi)部體現(xiàn)。科學思維方法即是科學思維能力的外部表現(xiàn)，也是學生能力提升的重要途徑。科學思維方法不僅可以幫助學生提高科學素養(yǎng)，增長分析問題與解決問題的能力，而且可以指導學生怎樣運用自己的智慧，去進行創(chuàng)造性的分析和演繹，進而收事半功倍的效果。

科學思維是物理核心素養(yǎng)之一，在高考考查中，科學思維的考查也是重中之重。在高中階段我們應重視以下幾方面探索科學思維的培養(yǎng)。

一、加強歸納與演繹的思維方法的培養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學思維

歸納就是從多個個別的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律出發(fā)獲得大多數(shù)適用的一般性結(jié)論。演繹則與歸納相反，演繹是從一般到特殊的一個過程。歸納與演繹的思維方法的培養(yǎng)，常用的途徑是“建構(gòu)模型”的方法：如“大木板、小木塊模型”、“傳送帶模型”、“豎直面內(nèi)圓周模型”、“三力平衡的動態(tài)分析模型”等，這些模型是建立在教師和學生達成共識的前提下，對模型的適用條件已做到心里有數(shù)，如，“大木板、小木塊模型”共識為：大木板M與小木塊m間粗糙且動摩擦因數(shù)為m，小木塊以速度v0沖上原來靜止在光滑地面上足夠長的大木板，最終實現(xiàn)二者共速且小木塊不滑下。則此過程我們可以歸納思維方法：（1）動量守恒，m v=（M+m）v求出共同勻速時的速度v。（2）對二者分別動能定理，① ② 與動量守恒配合，分別求得二者對地運動的位移及相對運動的位移。（3）若只求相對位移，還可用能量守恒， （4）當然，若以上方法都不想用，我們還可回歸基礎，牛頓運動定律配合運動學公式，依次求出上述物理量。歸納完畢，我們可以在此基礎上進行演繹，地面粗糙時的情況，M或m其中一物體受外力的情況、模型系統(tǒng)在斜面上運動的情況等等，分析哪些知識能用，哪些知識不能用，哪些需要演繹變化，辨析歸納模型并深入進行演繹。在以后的學習中還可自主創(chuàng)造模型并進行演繹，學生的科學思維能力在歸納和演繹中不斷增長，認識問題解決問題的能力也在不斷的提升。

二、加強分析與綜合的思維方法的培養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學思維

分析就是將物理系統(tǒng)或連續(xù)的物理過程進行具體分析和研究，弄清其中的物理狀態(tài)、物理過程和物理情景，將一個復雜的問題分解成若干簡單的問題，并找出他們之間的聯(lián)系。綜合就是把所研究的物理系統(tǒng)或物理過程當成一個整體來進行研究，忽略局部，關注整體。分析與綜合是相互滲透和聯(lián)系的，是在分析基礎上綜合，在綜合指導下分析。分析與綜合，循環(huán)往復，促進認識的深化和發(fā)展。對學生分析和綜合能力的培養(yǎng)可利用“整體法與隔離法”、“單過程與全程分析”、“單體與系統(tǒng)分析”等。例如“整體法與隔離法”，學生通過隔離分析明確每個物體的受力情況和運動情況，分析過程較復雜;而整體分析則將問題化繁為簡，但又存在局限性，不能解決內(nèi)部兩物體間的力的問題，所以為二者配合使用效果才最佳，即達到了思維能力推動、認識的深化和發(fā)展。而“單過程與全程分析”、“單體與系統(tǒng)分析”有異曲同工之妙。

三、加強比較與分類的思維方法的培養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學思維

比較是思維的過程，分類是比較思維之后的結(jié)果，二者相輔相成，對學生的培養(yǎng)也是同時進行。我們可以先通過比較將不同的物理知識進行分門別類，簡單的說就是識同辨異，如，人教版高中物理可分為力、熱、光、電、磁、原子物理等。而每一分支還可根據(jù)比較和分類的思維將其細化分類。如，萬有引力部分，我們可以按照自己的分類習慣將其分成：環(huán)繞類、表面類、比較類、雙星環(huán)繞類、超失重問題、變軌和能量問題等，而比較類還可細化分為環(huán)繞比較類、涉及赤道上的物體和近地衛(wèi)星的比較兩類。此種能力的培養(yǎng)，不但讓學生在自己比較和分類中思維有提升，而且可使學生在大腦中形成適合自己的高中物理知識體系結(jié)構(gòu)，從而在做題中知識有所依據(jù)，可大大提高學生的自信心和解決問題的準確率。

四、加強類比的思維方法的培養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學思維

在物理學習中，有兩個或兩個以上的物理情景或物理過程存在相同或相似的方面，我們就可以將熟知的物理情景或物理過程遷移到新的相同或相似的物理情景和物理過程中去，從而幫助啟發(fā)思維，提供解題線索，也就是所謂的觸類旁通。這種思維方法在高中物理中應用廣泛，我們可以采用類比法理解概念（質(zhì)點、點電荷）、定義物理量（比值定義法定義速度、加速度，電場強度、電容、電勢、磁感應強度等）、掌握規(guī)律（萬有引力定律和庫侖定律，平拋和類平拋）、創(chuàng)設情境（原子躍遷和衛(wèi)星變軌、光電效應臨界態(tài)和衛(wèi)星脫離地球臨界態(tài)）等，還可以培養(yǎng)學生思維的靈活性，處理相關聯(lián)問題的能力，甚至能創(chuàng)造性地解決一些比較陌生的問題。

如，星球表面可類比地球表面，在一些萬有引力的問題中則簡化了思維過程;平拋可類比為類平拋，在電場一章中應用廣泛。而單擺模型、彈簧振子模型、曲線運動模型等在某些題目中的創(chuàng)造性應用，也給學生的類比思維能力的提升提供了較大的幫助。例如，質(zhì)量m的子彈以V的水平速度從左邊射入質(zhì)量M的木塊靜止木塊且未穿出，求子彈射入木塊后，木塊運動多長時間保持靜止？

經(jīng)計算可知B、C間高度差遠遠小于圓弧半徑，所以B、C間的運動可看成單擺簡諧運動，類比單擺模型周期公式求出木塊在弧形軌道上運動的時間t= = 就變得容易了。學生經(jīng)歷了這種學習中的意想不到，也使得思維能力有了大大提升。

五、加強運用數(shù)學解決物理問題的思維方法培養(yǎng)，培養(yǎng)學生科學思維

應用數(shù)學能力解決物理問題，也是我們高考考試中的主旋律之一，數(shù)學是我們物理學習和解題中的重要工具，在處理物理問題的過程中，我們經(jīng)常要用到數(shù)學公式、數(shù)學方法、函數(shù)圖像來輔助物理分析得出結(jié)論。我們現(xiàn)在分析和解題中常用的數(shù)學知識有三角函數(shù)（一般題目中涉及較多）、一元二次方程和二元一次方程（涉及解題和運算）、不等式和二次函數(shù)圖像（主要用于處理問題中的極值問題）、一般圖像處理（此類涉及較多，包括函數(shù)關系式、坐標軸的含義、交點、斜率、包圍面積等所對應的物理意義等）。巧妙運用圖像法還可以另辟蹊徑，大大降低思維難度和計算分析難度，在電學實驗的圖像分析中也經(jīng)常用到。

例如，甲、乙兩小孩沿兩條長度相同的光滑軌道同時從A處自由滑向B處，誰先到達的問題。可以畫出甲、乙的v-t關系圖象，圖線包圍面積表示甲、乙的位移，由此可知，甲達到相同高度所用的時間短，甲比乙先到達B處。圖像解題，另辟蹊徑，從而優(yōu)化解題過程。

培養(yǎng)學生科學思維的方法有很多，而學生的思維能力決定著其分析問題、解決問題的能力。我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在高考對學生科學思維能力的要求是很高的，這就要求我們在教學中，要有意識點撥和培養(yǎng)學生的科學思維，使其在掌握知識的基礎上學會解決問題的科學思維方法，培養(yǎng)學生用科學思維方法解決實際問題的能力，這樣不但學生的科學思維能力得到了提高，還可增強學生對物理知識應用深入探索的興趣，從而形成良性循環(huán)。對學生科學思維的培養(yǎng)方法如廣袤冰川，本文只涉及了冰山一角，希望能起到拋磚引玉的作用。