基于物理新課標發展學生科學思維能力

秦曉文 _ 北京教育科學研究院

科學思維是“物理新課標”規定的核心素養和應具備的關鍵能力。目前，物理教學中如何發展學生的科學思維，還存在很多問題和困難：教師對科學思維的要素認識不清，甚至存在誤區；教師難以觀察和診斷學生的科學思維過程；教師不能僅通過講授發展學生的科學思維等。本文將針對這些問題，在實踐經驗基礎上，總結培養學生科學思維能力的基本策略，以期引發更多的實踐探索。

第一，抓住科學思維的基本特征，明確教學的重點和難點。

模型建構是以研究模型解釋原型的形態特征和本質的方法，是邏輯方法的一種特有形式。在教學中，重點是借助物理模型，讓學生經歷物理模型建構的過程，體會模型建構的方法，為學生認識事物提供新的思路和方法。

科學推理是從已知的命題出發，依據邏輯規則，推出另一個新命題的思維形式。科學概念是思維形式最基本的組成單位，是構成命題、推理的要素。因此，理解概念的內涵和外延、會運用基本的邏輯規則是進行科學推理的基礎。科學推理可分為演繹推理、歸納推理和類比推理。在學習物理前，學生已經在數學課中形成基本的演繹推理能力，物理教學重點是在解決物理問題中促進學生演繹推理能力的遷移。歸納推理是從個別到一般的推理過程，物理教學中的歸納推理主要是因果關系歸納推理，主要目的是判斷變量A是不是變量B的影響因素，其邏輯規則是：改變變量A，觀察變量B是否隨之改變，以此判斷變量A是不是變量B的影響因素。因果關系歸納推理是物理教學的重點和難點。類比推理是根據兩個對象在某些屬性上相同或相似，通過比較而推斷出它們在其他屬性上也相同的推理過程，物理教學中的類比推理主要用于幫助學生利用已有知識經驗理解新知識，促進學生創新能力的發展。

科學論證是科學推理的綜合運用，包括論題、論據和論證方式三個組成要素。證實和證偽是論證的兩種類型。教學中要把科學論證的過程作為重點，要求學生把科學論證過程表達出來，加強論證過程的診斷，重點診斷論證過程的概念錯誤、推理錯誤，并及時糾正。

質疑的本質是為求真而進行的批判思維，物理學的發展過程就是創新與質疑的相互作用過程。對學生而言，質疑的過程往往是認知沖突的過程，也是新舊知識相互作用，為形成新的認知結構主動建構的過程。質疑過程是學生真正體會發現新知識的創新過程。為此，教師在教學中既要創設和諧寬松的氛圍，鼓勵學生質疑和創新；還要創設真實的問題情境和任務，指導學生經歷質疑和創新的過程。

第二，采取有效教學策略，促進學生科學思維的發展。

教師在教學中要創設適當的問題情境引導學生思維，問題設計要有層次性、針對性、系統性，通過系列問題為學生思維搭設“腳手架”，幫助學生克服思維障礙，學會科學的思維方法。教師提問時要多選用“為什么”的問題或“怎么樣”的問題，還要及時追問和質疑，鼓勵學生將思維過程表達出來。教師在提問后要注意停頓，給予學生足夠的思考時間，引導學生對解決問題的方案進行討論和評估。教師要關注學生思考過程中的證據及解釋，重點診斷學生的概念理解及推理、論證和質疑創新的過程，對于學生思維過程中的問題和錯誤，要及時糾正。

教師要適時將科學思維過程顯性化、程序化，為學生提供高水平的示范，指導學生學習科學思維的基本程序。通過問題導向、任務驅動，引導學生在模仿教師科學論證的基礎上，經歷科學論證的過程。例如，關于運動和力的關系，亞里士多德認為運動需要力維持，伽利略認為運動不需要力維持。你能分別舉出支持亞里士多德和伽利略觀點的實例嗎？你認為運動和力有什么關系？理由是什么？

在評價與反饋過程中，教師應鼓勵學生創新和質疑，鼓勵學生發表基于證據與邏輯的個人見解或觀點，鼓勵學生發現或提出新問題，鼓勵學生創造性地完成制作或探究任務。

針對科學思維的重點和難點問題，設計建構類作業，通過解答建構類作業進一步發展學生的科學思維能力。作業設計要以展現學生思維過程的開放性題目為主，慎用填空題和選擇題；還要充分考慮學生的認知規律，針對學生在概念理解、科學推理、科學論證等方面存在的片面認識和常見錯誤，設計成論證題、評估題，引導學生在解決問題的過程中深化理解，不斷完善科學思維能力的結構。