初中物理實驗中科學思維能力培養的路徑

□甘肅省張掖市山丹縣第一中學 李幸檜

科學思維是初中物理教學中衡量學生核心素養的重要標志。物理學科是一門邏輯思維性較強的理科類學科，物理學科中的相關原理均來自生活，能夠引導學生實現對生活實踐問題的積極思考，同時也是培養學生科學思維能力的關鍵切入點。通過在物理教學課堂中對學生科學思維能力的培養，能夠使學生用科學的眼光和思維方式看待現實生活中的問題，幫助學生不斷提升科學素養。因此，在初中階段的物理教學課堂中，教師應該采用創新型的教學策略，通過實驗教學，積極引導學生形成科學思維，使學生能夠通過科學思維理解物理原理，同時促進學生思維能力發展。本文主要分析了初中階段實驗教學課堂中學生科學思維能力的培養策略，希望能夠為提升初中階段物理教學課堂的有效性提供參考意見。

一、物理思維能力的概述

21世紀的今天，伴隨著全球信息化以及科技的飛速發展，人們已經進入了知識經濟時代，而新的人才發展觀念以及人才培育觀念也在這樣的背景下應運而生。在素質教育的改革背景下，社會對教師提出了新的要求，不僅要注重培養學生的基礎理論知識，同時應該培養新時代具備綜合性核心素養的人才。在這樣的發展形勢下，我國基礎教育工作先后提出了核心素養、學科核心素養等教育觀念，旨在引導一線教師在實踐教學活動中著力培養學生適應未來就業以及社會發展方向的必備品質以及關鍵能力。物理學科是初中階段最為重要的理科類學科之一，同時也是幫助學生培育邏輯思維能力和科學思維能力的基礎學科。而在物理教學課堂中，如何培養學生的科學思維能力、不斷提升學生的核心素養，成為一線教師應該思考的重要問題。物理思維能力是人類大腦對客觀世界的概括以及反應能力，是人類大腦發展過程中對客觀世界認知的高階思維能力，通過科學的論證以及思維，能達到對客觀事物本質的認知以及運動規律之間內在聯系的了解。

根據思維抽象程度的不同，可以將思維分為動作思維、形象思維、抽象思維以及直覺思維這四個方面，而人類個體的思維能力具有靈活性、敏捷性、批判性、獨創性以及深刻性等特征，實現思維的過程就包含了人類對客觀事物的分析、總結、抽象認知和概括這幾個步驟。物理學科中的科學思維能力以物理學本身的學科特征具有其獨特的個性。首先，物理學科中的科學思維是人類對事物認知精確性以及近似概括的統一。在學習物理知識時，物理概念、物理原則以及物理規律都具有較強的精確性，而在物理實驗課堂中處理具體問題時，更加傾向于在理想化的環境中處理物理問題。其次，物理科學思維是抽象性與形象性之間的統一。例如，在物理學科中，可以將抽象的電力線性規律刻畫為形象的描述方式，還可以將抽象的原子內部結構用形象的殼層結構體現出來。最后，物理科學思維具有較強的直覺性。直覺思維其實是人們對未知世界探索和領悟的一種主觀判斷，人們對未知世界的客觀現象會具有一個整體且綜合性的判斷，以此引導人們認識這些客觀現象的本質。

二、初中物理實驗教學中培養學生科學思維能力的有效策略

物理學科的核心素養其實是由四個維度構成的，其中，科學思維能力是衡量學生物理核心素養的一個標準和維度，同時也是幫助學生在其他三個維度方面實現穩步發展的關鍵因素。所謂科學思維能力，就是指學生在面對現實生活中的實踐問題時，能夠從物理學的角度以及科學的思維對問題進行思考，并且以此找到解決問題的切入點，再采用正確的物理方法對問題進行科學的推理和論證，最終解決實際問題。除此之外，科學思維能力還要求學生在解決問題后能夠對解決問題的過程以及所采用的思維方法進行反思，以促使學生對同類型物理問題和現實問題的解決。由此可見，在物理實驗教學課堂中，培養學生的科學思維能力需要從問題的設置、引導學生主動思考以及物理探究等方面入手，幫助學生不斷提升科學思維素養。以下主要從四個方面進行闡述，第一，創設問題情境，調動學生的思維積極性；第二，設計科學的實驗步驟，推動學生思維的發展；第三，通過問題引導的方式，引導學生獨立完成對物理問題的推理過程；第四，激發學生的質疑精神，使學生在反思和總結中提升科學思維的品質，詳情如下。

（一）創設問題情境，調動學生的思維積極性

引發學生對問題進行獨立思考，是物理實驗課堂中培養學生科學思維能力的基礎條件。但是要使學生對物理問題進行獨立思考和自主思維，就要建立在學生對問題感興趣的前提條件下。因此，教師應該找到學生的興趣切入點，設置實驗問題情境。想要調動學生的思維興趣，教師可以為學生創設與生活實踐相連的現實場景，通過創設與生活實踐聯系性較為緊密的實踐場景，拉近學生與物理實驗的距離，同時能引發學生的物理實驗熱情和興趣，使學生在思維層面上對物理問題產生疑問和興趣，讓學生積極主動地對物理內容進行自主探究，以此培養學生的科學思維能力。例如，在“光的反射”實驗教學中，在課堂導入環節時，教師可以利用激光筆在課堂的墻壁上打出一個亮點，然后在激光筆射出的光束與墻壁中間的部分，利用清水噴霧噴出霧氣，引導學生對所看到的現象進行觀察。緊接著，教師可以在黑板的位置懸掛一面鏡子，將激光筆中的光束斜射到鏡子上，然后同樣利用清水噴霧噴出霧氣，并提問學生為什么產生這種物理現象。通過這種簡單且生活中常見的物理實驗操作，能夠自然而然地為學生創造出與本堂課程主題貼近的實驗問題情景。而學生在實驗的過程中，目光會不由自主地隨著教師的引導觀察實驗現象，并且對實驗現象進行獨立的思考，深入地探究產生實驗現象的原因。當學生對實驗現象產生疑惑并提出問題時，教師就可以順其自然地引出本堂課程的主要教學內容——“光的反射”，將學生帶入新的知識理解情境中。由此可見，將與生活實踐相貼近的實驗環節作為導入環節，通過問題引導學生分析探究，不僅能夠調動學生自主思考的積極性和熱情，同時還能讓學生借助實驗現象，更好地探究物理實驗的規律，為培養學生的科學思維能力打好基礎。

（二）設計科學的實驗步驟，推動學生思維的發展

在初中階段的物理實驗教學中，大多數教師都會提前為學生設計好實驗步驟，并且提供與實驗相關的教學器材，而學生在實驗活動中只能按部就班地完成既定的教學任務。但是，物理實驗教學的根本目標，其實是要通過實驗設計來培養學生的科學思維能力以及實踐動手能力，這也是未來學生從事科研工作或其他工作的重要基礎能力。因此，在物理實驗教學中，教師應該為學生留下充足的空間，讓學生借助自主思維對實驗流程和步驟進行設計。如果在實驗過程中教師提前設計好實驗步驟，讓學生按部就班地進行操作，從表面上來看整堂課程會井然有序，而物理實驗的成功率也較高，但其本質是束縛了學生的思維發展，沒有留給學生充足的思考空間。初中生已經具備了一定的生活經驗，同時對物理知識的理解也存在較大的差異性，教師應積極地鼓勵和引導學生互相討論以及獨立思考，設計出完整且獨具個性的實驗方案。在學生設計實驗操作方案時，教師也應該從旁引導，并且要求學生結合書本中的理論知識以及操作過程中的注意事項進行實驗設計，避免實驗過程中出現安全風險，通過這種自主思考的方式培養學生的科學思維能力。

例如，在探究阻力對物體運動產生的影響實驗課程時，教師可以提前為學生準備好實驗過程中可能會用到的實驗器材，然后引導學生先在草稿紙上畫出實驗裝置的設計圖，留給學生充足的自由思考空間，讓學生能夠根據自己設計的實驗裝置圖進行調整，最終完成對此次實驗的獨立設計。在動手操作的過程中，教師要引導學生按照設計圖紙中的裝置以及實驗步驟進行操作。在這一過程中，教師應該充分發揮出引導者的作用，并且給予學生相應的技術指導，始終做學生實驗探究道路中的指路明燈。如果學生在實驗操作的過程中出現了問題，教師還應該針對學生操作過程中的問題提出改進的意見。需要注意的是，教師在這一過程中始終應該將主角地位還給學生，整個實驗操作流程的主動權應該掌握在學生手中，這樣才能以物理實驗的方式幫助學生獨立地完成科學實驗的設計，推動學生科學思維能力發展。

（三）通過問題串引導的方式，引導學生獨立完成對物理問題的推理過程

初中階段的物理實驗探索課程，大多數都是按照“假設—實驗—得出結論”這一步驟有序進行的。而想要將更多的課堂時間留給學生，教師就要通過精心的設計，以啟發式的教學方式引導學生的思維，進而使學生在教師的啟發和引導下有序地接近學習目標。而實驗的過程就是驗證科學結論的重要方法，因此在初中階段的物理實驗教學課程中，教師必須引導學生實現對結論的推理，讓學生獨立地完成推理活動，這樣才能更好地培養學生的科學思維能力。教師可以針對學生在理論學習過程中產生的疑問創設問題串，引導學生對物理實驗中發生的現象進行自主觀察，并且讓學生利用邏輯推理或類比推理等科學方法，實現對實驗結果的初步假設，最終再通過實驗流程以及推理結果與實驗結果進行比較，進一步探討實驗現象以及假設過程中存在的差異性，在物理實驗教學中培養學生的科學思維。在這一教學環節中不僅要針對實驗現象，設計問題串，還要讓學生通過獨立思考提出假設問題，更重要的是要讓學生找到提出假設的依據。例如，在“摩擦力”這節課程中，教師可以先對學生進行問題引導：“同學們認為摩擦力的大小可能會與哪些因素有關呢？”這時，學生可能會給出不同的答案，有的學生認為摩擦力的大小會與物體的質量有關；也有的學生認為摩擦力的大小與物體接觸面積的光滑和粗糙程度有關。這時，教師應該繼續追問：“同學們是通過什么依據推測出與摩擦力大小有關的因素的呢？”然后引入本節實驗課程。在問題假設環節中，教師不應該將本堂課程所學習的科學結論以及推測結果直接告訴學生，如果直接告訴學生結果，就相當于代替了學生的思維全過程，應該引導學生通過自主思考的方式，對實驗的結果進行假設，使學生通過有序的思維方式以及實驗步驟獲取正確的物理結論。

（四）激發學生的質疑精神，使學生在反思和總結中提升科學思維的品質

在傳統的物理實驗教學模式中，教師通常會以口頭傳授理論知識的方式，將知識直接灌輸給學生，而學生本堂課程的學習任務，就是要將理論知識牢牢地刻在腦中，并且運用在解決物理問題的過程中。這種填鴨式的教學方式導致很多學生對物理理論的理解不足，即使學生在學習過程中產生疑問，也無從得到論證。因此，一堂物理課程的教學不應該僅僅局限于理論知識的教學，而更應該注重對學生思維能力的開發和提升，一方面，教師要讓學生學會物理知識，并且實現對物理知識的遷移和應用；另一方面，教師應注重激發學生的創新思維，讓學生將思維的靈活性和敏捷性展現出來，從而達到培養學生科學思維能力的目標。在學習過程中，學生很可能會對所學的理論知識產生疑問，這時教師就可以以學生的質疑作為切入點，引導學生對科學理論進行進一步的探究和思考，改變傳統教學工作中學生被動接受知識的教育局面，為學生留下更多的自主思考空間。例如，在探究“焦耳定律”的實驗環節中，學生可能會提出以下疑問點：電壓的大小是否會影響到電流通過導體時產生的熱量呢？而面對學生提出的問題，教師應該給予鼓勵，可以利用實驗教學或生活常識的方式，對學生做提出的問題進行驗證。教師可以為學生舉例，以家用電器為例反問學生：“在什么樣的情況下家用電器的電閘開關會自動跳閘呢？”最終得出討論結果：當一個電閘開關中并聯的電氣越多，就會導致整條線路的溫度不斷提升，最終產生跳閘的結果。但是，并聯的家用電器在使用過程中電壓為恒定的220伏，并沒有發生變化，由此可見，電壓的大小并不能影響電流通過導體時的熱量。通過反向推理的方式，教師就可以幫助學生解答疑惑，同時也在引導學生推理論證的過程中培養了學生的科學思維能力。

總之，在實驗教學環節中通過多種策略引導學生的思維，對培養學生的獨立思維能力極其重要。因此，在組織物理實驗課堂時，教師應該以學生的思維興趣作為切入點，通過創設問題情境、引導學生反向推理、實驗論證等各種方式，為學生留下充足的獨立思考空間，促進學生科學思維能力的形成與發展。

（宋行軍）