試談以學生科學思維能力培養為目標的高中物理教學策略

王思琪，張 勇

（吉林師范大學，吉林四平 136000）

隨著高中課程教學改革的不斷深入，培養學生的學科核心素養成為越來越多人的共識。就高中物理而言，其學科核心素養主要涵蓋物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等方面。若能夠在教學中做到四方面能力培養的同步兼顧，則可滿足高中學生在未來求學或就業等方面的發展需求。科學思維是高中物理學科建設與發展的核心影響因素，擁有科學思維的學生能夠積極獲得物理理論、主動創新物理實操技能、客觀分析并解決問題。然而，當前的高中物理教學還存在對學生科學思維能力培養不充分、不全面等問題，相應的教學策略也存在一定的不足，因此加強對高中物理教學策略的研究，努力實現培養學生科學思維能力的教學目標，顯得意義重大。

一、科學思維概述

思維，是比“思考”更有深度和高度的專業概念。后者主要是指圍繞一個現象或一個問題做出分析推斷的活動，以求獲得新的認知結果；前者則更強調人所擁有的可以對表象概念實施歸納、分析、推理、調整的內在能力，包括了思考的過程。而科學思維，則可視為人們在科學活動中所培育成型的一種思維。詳細來說，其指的是在科學實踐中尊重客觀事實或可靠證據，以求實態度應用歸納、演繹、批判、推理、建模、創新等方法最大限度地獲得對世界的認識，并獲得解決現實問題的思維能力。

科學思維有著鮮明的特點：首先是普遍性，作為人類實踐中的重要產物，在不同群體中均普遍存在；其次是可證性，科學思維既能夠通過一定的手段提前論證預測，又能夠按照科學路徑獲得驗證；最后是主觀性，科學思維雖普遍存在，但會因人而異，特別會受人的主觀臆斷的影響。在某項科學實踐活動中，若人們主觀地堅持開展學習、探究、假設、研析、推斷，就會不斷感知科學事實，獲得更確切的預測內容。

高中物理課程標準曾將科學思維作了進一步的要素解析，認為科學思維主要涵蓋模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。諸要素本質上都屬于一種思維方式，是人們在理論研究和實踐探索中所使用的思維能力，同樣也是高中學生需要認真學習物理理論知識與解決問題方法的重要思維能力。

二、高中物理教學設立學生科學思維能力培養目標的重要性

（一）擴大物理認知，易于學習知識

高中物理教學中，隨著教師對學生科學思維能力培養的持續重視，學生將逐步加深對物理學科重要性的認識，發現物理的神奇與實用，繼而激發更多的學習興趣。學生在發現物理現象后習慣于保持嚴謹思維邏輯來分析問題，從而論證物理結論甚至創新獲得新知，同時還將主動擴大物理知識涉獵面，汲取更多的物理知識來滿足自己的探索需求，這樣會讓學習狀態保持在較高水平。因此，高中物理教師應設立學生的科學思維能力培養目標，不斷培養和強化符合學生個人實際的邏輯思維方式，進而提高學生的學習效率。

（二）提高分析能力，便于解決問題

通過學習物理知識，學生能夠最大限度地將所學用于科學解釋世界，客觀總結規律，解決實際問題。首先，學生會在不斷完善物理知識體系的過程中對各種現象或情境習慣性提出問題，并著眼于現象、細節以及關聯要素來組織邏輯分析，從而可抓準物理知識的正確調用時機，為解決問題奠定基礎。其次，學生對不同物理現象以及物理問題進行知識調用后，會留心觀察并歸納物理屬性、物理狀態、物理反應過程等不同特點建立包含物理問題、物理思維、物理原理的科研內容，從而為解決問題提供保障。最后，隨著分析的不斷深入，學生可以進一步總結提煉或推演論證各類物理規律，又會在整合物理規律中找準物理問題的解決方法，最終有效破除難題。

（三）培養思維能力，形成理性思維

高中物理課上，以培養學生科學思維能力為目標來開展教學，其重要性還體現在可幫助學生突破傳統思維方式，跳出固化的思維局限，鍛煉學生一旦發現和審視問題，就保持全面性、系統性的思維習慣。在培養科學思維能力的過程中，學生會在潛移默化中轉變自己看待問題的角度與層次，主動磨煉自身對規律、準則等內容的整合歸納能力，從而不斷建立理性思維，更加冷靜地思考問題，富有條理地提出解題方法，設計解題方案，并可以客觀地評價自身在解決問題方面存在的不足，在積極修正不足的過程中提高自身的科學思維能力。

三、以科學思維能力培養為目標的高中物理教學策略

（一）合理打造教學模式

教師的教學實踐應是高度符合教學目標的。此前提下，教師可在保持常規教學內容不變的同時，客觀衡量學生的身心特征，評價學生對知識點的理解與接受水平，進一步探尋創新性的教學方法，營造積極的教學氛圍，打造科學合理的教學模式。

考慮到高中階段的學生思維已變得更加活躍，他們會隨著物理知識的增加而積累更多的物理認知，從而形成科學思維。而且，學生還會接受教師的啟發引導，共同交流營造特定物理學習情境。面對教學目標，學生會認清當前階段自己的學習目標，并明確自身知識儲備方面存在的缺陷與短板，合理調用自己的已有知識經驗與技能，通過一定的思維探究來加工科學材料，從而形成對物理現象、客觀事物的規律、本質的新認知，獲得科學思維結果。因此，要想構建新的教學模式，以期達成培養學生科學思維能力的目標，教師需要將以上分析中所提到的認知情境、科學問題、思維材料、思維過程、科學結果等作為模式構建要素，從而可得到師生交互作用下以學生科學思維能力培養為主線的教學模式。具體來說，教師必須認真設計教學方案，全面把握學科課標要求、教學內容與學生素質特點，并合理安排教學模式中各要素以及相關關系，提高學生的科學思維能力。

（二）合理設置物理問題

在培養學生科學思維能力的過程中，教師要為學生的剖析、判斷、推理等能力建立一定的探究基礎，但前提是要促發學生更多的探究興趣，并嘗試自主開展探究。因此，教師應該合理設置物理問題，增強問題的趣味性、開放性、探究性，同時保持問題與實際現象之間的聯系，從而可以更好地讓學生抓準自己的關注點，圍繞自己有能力解決的問題進行多維度思考解決；圍繞自己尚且無法解決的問題主動進行猜測和推理驗證。由問題來驅動學生的科學思維活動，是培養學生科學思維能力方面不可缺少的步驟。

例如，在講解“摩擦力”相關單元內容中，教師可以先行于授課前向學生演示一個簡易實驗。將粉筆、黑板擦、課本等于課桌上，輕推之后，讓學生觀察不同物體的運動狀態，并提出問題：“為什么這些物體在桌上前進一段距離后就停下來了？”這個問題會迅速幫助學生回想在日常生活中經常遇到的此類現象，并結合自己已經學過的運動學、力學方面的物理知識回答出存在摩擦力而產生反作用力阻止物體運動之類的答案。此后，教師還可以進一步結合學生的回答來拓展問題，不斷增加問題的難度，同時又能在實際生活中找到相關的物理情境，從而始終讓學生保持對問題的思考與解答的興趣。隨著探討的不斷深入，學生的科學思維得到擴散和延伸，思維能力大幅提升。

（三）科學創設實驗情境

物理是一門具有實踐性的學科。作為物理教學的重點內容，實驗教學可將抽象物理概念轉化為直觀生動的可視教學內容，便于學生理解教學內容。然而，不少物理實驗受到課堂時長以及實驗條件的影響，往往僅是教師演示而學生模仿操作，雖然能得到實驗結果，但是會削弱學生在實驗過程中的科學思維活動。為此，教師需要認真確定實驗教學的方案，盡可能打造有益的實驗情境，與學生一道體驗從設計、操作、觀察到分析總結的實驗全過程，鼓勵學生自主實驗探索。在此過程中，學生的學習興趣被激發出來，學習動機也更加明確，他們會在專注于實驗操作的過程中樹立嚴謹的科學實驗觀。

例如，在“測量勻變速直線運動加速度”的教學實驗中，教師可預先向學生提議打造一個運動會的生活場景，并建立對短跑選手加速方法進行探究的實驗課題。該課題要求學生自主觀察運動會上百米短跑選手的跑步狀態，嘗試猜測并實驗探究短跑選手在百米賽道的不同階段的加速技術特征，以總結出課題的結果。在該實驗中，新課題的提出具有新意，學生會樂于探究，一方面會在腦中浮現運動員加速的現實狀態，另一方面也會積極調用自己已學的物理知識對問題進行解析，對實驗進行探究驗證，不斷向正確答案靠近。

（四）聯系現實生活案例

人的日常生活中，總是存在各種各樣的現象，是需要用物理理論知識來解釋的，因此物理學科與生活密不可分。雖然物理學科中的一些知識、規律、定理等顯得十分抽象和復雜，但這些內容往往都出自生活。因此，學生要有意識地總結生活中的物理原理與規律，這有益于學生科學思維的發展與突破。高中物理教師可以在日常教學中將課堂所講內容與現實生活進行對照關聯，越是學生熟悉的場景案例，越可以讓學生有興趣進行本質剖析與內容挖掘。

例如，在“向心力”單元內容教學中，教師可先拋出游樂場玩樂這樣的生活場景，向學生描述游樂場中乘坐旋轉飛椅的場景特點，然后告知學生這一游樂設施的運動原理實際上就是細線懸掛小球在水平面內的勻速圓周運動。教師可以向學生提出問題：“旋轉飛椅在設施運行中受到哪些力，合力指向哪里？”學生會結合懸掛小球的勻速圓周運動特點來回答出“旋轉飛椅受重力、纜繩拉力的作用，并指出合力的方向是沿軌跡圓的半徑指向圓心”。然后教師可以進一步發問：“合力是否可以指向左下方，而不在與軌跡圓持平的水平面內？”多數學生會持否定態度，認為小球始終在同一平面發生運動狀態的變化，因此合力也會在水平面內。

（五）培養學生科學思維的教學反思

在物理課堂教學結束后，教師進行教學反思是十分必要的。主要的做法就是時刻觀察學生的表現，積極收集學生提出的教學反饋，回顧教學中的不足，對整個教學環節與內容進行總結梳理。同時，教師還可以引導學生自制思維導圖，加強對授課內容知識點的總結歸納，讓學生自行補充相關聯的內容，不斷通過圖形符號來拓展科學思維。值得說明的是，教師應該結合授課內容以培養學生科學思維能力為目標，積極反思科學思維所包含的四要素方面的教情和學情。

如在“向心力”單元內容教學后，教師可以首先反思自己如何培養學生的建模能力，可以提出“勻速圓周運動的理想狀態如何展現”等問題，并改變自己的教學內容。在開始授課時，教師可以提出更多的生活案例，引導學生思考處于圓周運動的物體在運動中越來越慢并最終停止的現象，如何來實現理想態的勻速圓周運動。學生往往會構建質點模型，以理想化方法來思考解答，重點就是將實際物體設想為一個質點，先忽略圓周運動受阻力影響的情況，從而獲得勻速圓周運動的理想模型。當然，教師還應引入分階段假設、聯想類比、等效替代等方面來建模，讓學生獲得更多的思維感悟。其次在反思如何培養學生科學推理能力方面，教師可引導學生思考“對于細線懸掛的物體在旋轉中，為何可將細線拉力視為向心力”的問題。教師可從一般情形向極限思想進行引導，并向學生展示實驗推理，從而獲得合理驗證。教師要讓學生明白教材所示內容都有更多的思維創新點。教師應加強教學設計，幫助學生在思維脈絡拓展中實現知識點的融會貫通。

四、結語

科學思維能力是高中物理教學中培養學生學科核心素養不能忽視的關鍵內容。科學思維能力并非靠學生學習物理知識掌握物理操作技能就可以獲得，而是需要教師在教學中引導學生進行更高層次的思考并進行推理，要敢于質疑，并批判質疑要敢于假設并實驗論證。只有這樣才能循序漸進培養學生的科學思維能力，真正培養學生自主探究以及解決實際問題的良好品質。