高中物理課堂中科學論證素養的培養路徑

劉美香

【摘要】在當前的教育背景下，核心素養成為教育領域的一個熱點課題，各個學科的核心素養又有所差異.基于物理學科核心素養來看，科學思維屬于重要構成部分，又細分為多個方面，科學論證素養即為其中之一.在高中物理課堂教學中，教師要將科學論證素養的培養當作重點，本文據此展開分析與探討，同時提出一些適當的培養路徑.

【關鍵詞】高中物理；課堂教學；科學論證素養

在高中物理學科核心素養中，科學論證是科學思維的組成部分之一，主要由科學主張、證據和推理三個基本要素組成，是利用物理學視角來認識客觀事物本質屬性、內在規律與彼此聯系的方式之一，也是對分析、推理、概括和論證等科學思維的有效強化.在高中物理課堂教學中，教師可通過培養科學論證素養促進學生深度學習，深層次理解物理概念與規律，使其思維能力得到發展，讓物理學習變得更具有探究性，推動他們更好地掌握物理本質.

1?借助理論知識講授，培養科學論證素養

1.1?注重基礎知識教學，培養科學論證素養

在整個高中物理課程體系中，理論知識所占的比例較大，也是學生學習物理知識的前提與基礎，以一些概念、規律、性質與公式為主，只有學生掌握這些理論知識，才能夠對物理學習內容進行有效的思維加工，推動學生深度探索物理科學的奧秘，為學生科學論證素養的培養奠定堅實基礎.對此，高中物理教師在課堂教學中可借助理論知識的講授培養學生科學論證素養，注重基礎知識教學，帶領學生一邊學習物理理論知識，一邊促進科學論證素養的培養與發展[1].

例如?在進行“質點”教學時，教師先利用多媒體設備播放老鷹在天空中展翅飛翔、足球在草地上滾動的畫面，引出問題：如何描述雄鷹、足球的運動？給予提示：要想描述雄鷹、足球的運動情況，并非一件容易之事，原因是什么？啟發學生思考與討論，因為老鷹與足球都有一定的形狀和大小，前者往前飛翔時，翅膀進行上下運動，后者往前運動時是在滾動.與學生一起展開設想：如果在現實世界中，所有物體都是無需考慮形狀和大小的“點”，就能夠解決上述問題.接著，教師設問：是否可以把生活中的物體看成無需考慮形狀與大小的“點”？教師繼續列舉生活實例，啟發學生一起分析與研究，使學生意識到在一些特殊情況下真的不用考慮物體形狀與大小，忽視物體的質量要素，將其視作為具有質量的“點”，就是質點；一個物體能否看成質點是由問題性質決定的，即為即使不考慮物體的形狀和大小，也不會影響到問題的研究.這是一種物理學中的理想模型，也是比較常用的科學研究方法之一，借此培養學生的科學論證素養.

1.2?注重物理探究學習，培養科學論證素養

物理學主要研究的是物質最一般的運動規律與基本結構，屬于自然科學中的“領頭者”，涉及范圍大至宇宙，小至粒子，研究其他自然學科均離不開物理知識的輔助與支持.高中物理教學內容同初中相比，無論是難度、深度，還是廣度，均有所提升，對學生的整體學習能力要求較高，探究性學習是不可或缺的，教師應當以教材內容為依托，帶領學生對物理知識進行探究性學習，使其在探究過程中進行科學分析、推理與論證，培養學生的科學論證素養[2].

例如?在開展“自由落體運動”教學時，教師先在課件中展示以下生活現象，如：房檐滴水、樹葉飄落與冬天下雪等，要求學生觀察這些現象有什么共同特征？學生發現物體都是從上往下自由下落，由此揭示新課主題.接著，教師演示紙片和金屬片的下落過程，搭配問題：重的物體一定下落得快嗎？如何證明？啟發學生觀察與思考，提出各自的猜想且動手設計方案，使學生著重探究紙片和金屬片不會同時落地的原因，讓學生探究后得到結論，發現是因為空氣阻力所產生的影響，以至于物體下落快慢不同.之后，教師設問：假如物體在下落過程中不會受到空氣阻力的影響，受力情況會發生哪些變化？學生知道這時物體只會受到重力的作用，明確自由落體運動的概念，然后利用牛頓管演示質量不同物體在真空中的下落情況，引領他們探究出自由落體運動的條件.隨后教師帶領學生探究自由落體運動的規律，使其經歷一個由淺入深的探究過程，培養他們的科學論證素養.

2?借助實驗教學良機，培養科學論證素養

2.1?制造更多實驗機會，培養科學論證素養

在高中物理課程教學中，實驗教學的重要性不言而喻，通常用來驗證、還原與補充理論知識，兩者相輔相成、相互促進，一起組建成完善的物理知識體系.在高中物理課堂教學中，要想更好地培養學生的科學論證素養，教師在平常的教學中應把握好實驗的機會，通過實驗將一些物理現象直觀化地呈現出來，讓他們在實驗輔助下展開科學探究活動，不過在這里要盡可能為學生制造更多親自動手進行實驗操作的機會，使其科學論證素養得到很好的培養.

例如?以“彈力”教學為例，教師先在多媒體設備的大屏幕上展示跳水、拉弓射箭與蹦極的圖片，要求學生認真觀察后分析這些動作的完成存在哪些共同之處？使其發現均是對物體彈性功能的使用，告知他們接下來要采用實驗的方式學習彈力相關知識.接著，教師指導學生使用一根細鐵絲制作一個微型彈簧，用較小的力壓與拉，交流各自的感受，使其產生質疑：當用手按壓或者拉伸彈簧時，均要給彈簧施加一個力，那么這又是什么力？是如何產生的？大小、方向怎么樣？讓他們明確接下來的實驗目的.之后，教師要求學生繼續進行自主實驗，用手彎曲竹片與按壓海綿，描述出現的實驗現象，即為物體的形狀或者體積會出現變化，使其搜集證據與進行推理，親身經歷科學探究過程，讓他們明確認識兩類形變.隨后教師引領學生探究彈簧的形變程度與彈力大小的關系，使其經歷基本的探究過程，讓他們通過觀察、實驗總結出彈簧的伸長與拉力大小之間的具體關系.

2.2?鼓勵學生進行合作實驗，培養科學論證素養

上文已經提到，高中物理知識不僅難度相對較大，還較為深邃.雖然實驗是一個不錯的輔助性學習方法，也是培養學生科學論證素養的有效途徑之一，不過部分物理現象探究起來困難重重，有時僅靠學生個人很難順利完成實驗任務，無法得到相應的科學論證，自然影響到他們科學論證素養的培育.高中物理教師在課堂教學中應鼓勵學生進行小組合作實驗，極力發揮出團隊協作的優勢，使其互幫互助、共同完成實驗，借此培養他們的科學論證素養[3].

例如?在“摩擦力”教學中，本課知識是對初中摩擦力的延伸和拓展，主要采用實驗的方式重新認識摩擦力.課堂上，教師以學生的認知能力和實驗出現的前后順序為出發點，先介紹靜摩擦力，再介紹滑動摩擦力，使其著重思考生活中大量的摩擦力現象，總結摩擦力的特點，假設哪些因素會影響到摩擦力的大小，提出科學假設，為他們指明科學推理與論證的方向.接著，教師組織學生以小組為單位采用控制變量法進行實驗，如：使用一個彈簧測力計勻速拉動一個木塊，使之沿著水平長木板緩慢滑動，測出木塊和長木板之間滑動摩擦力的大小；增加木塊上所放砝碼的數量，加大對長木板施加的壓力，測出這種狀態下滑動摩擦力的大小：換作表面較為粗糙的長木板重復上述操作，測出此時滑動摩擦力的大小.引導他們分析實驗數據與現象之間的聯系，使其意識到影響滑動摩擦力的大小同時接觸面受到的壓力大小存在關系，接觸面受到的壓力越大，滑動摩擦力也就越大；還同接觸面的粗糙程度存在關系，接觸面愈加粗糙滑動摩擦力則越大.

3?善于發現教學契機，培養科學論證素養

3.1?發揮問題導向作用，培養科學論證素養

針對高中物理教學來說，為在課堂中更好地培養學生科學論證素養，教師往往要起到很好的引導作用，做好課堂教學輔助者、組織者與實施者的工作，關鍵是要為其指明學習與探究的大方向，只有這樣才能夠減少低效或無效學習行為的出現，推動他們科學論證素養的發展.具體來說，高中物理教師課堂教學實踐中可以根據具體教學內容設計一組合理的問題，善于發揮問題的導向作用，引導學生通過對問題的分析與處理提高自身的科學論證素養[4].

例如?在教學“拋體運動的規律”過程中，教師先將粉筆從水平方向沿著不同角度拋出去，講述到當把空氣阻力忽視掉時可以將粉筆看作在做拋體運動，引領學生思考、討論后發現，把物體用一定的初速度沿著水平方向拋出，如果忽視空氣阻力，當物體只受到重力作用時就在進行平拋運動，使學生得出物體進行平拋運動所需的條件，詢問：你們在實際生活中見到過哪些平拋運動？讓學生根據實例確定平拋運動的軌跡.接著，教師以黑板當作平面，用力把一個小球沿著水平方向拋出去，利用粉筆描出小球的運動軌跡，設計問題：小球在豎直方向都受到哪些力的作用？有沒有初速度與加速度？水平方向呢？引導學生結合看到的現象分析與討論問題，搜集相關證據進行科學推理與論證，讓學生意識到由于拋出小球時只受到重力作用，豎直方向沒有初速度、存在加速度，因為小球沒有受到水平方向力的作用，它在水平方向不存在加速度，初速度則保持不變.隨后教師繼續設問：是否能以合成視角來研究拋體運動，豎直與水平兩個方向上的運動分別存在什么特征？讓學生進一步研究，培育學生的科學論證素養.

3.2?利用課堂教學機遇，培養科學論證素養

在高中物理教學中，對于科學論證素養的培養而言，是一項長期且重要的任務，很難起到立竿見影的效果，教師在教學中要善于不斷發現與制造教學契機，充分利用課堂教學機遇，適時培養學生的科學論證素養，讓他們取得長遠進步與發展.這就要求高中物理教師在課堂教學中應把握好各個機遇，多為學生提供進行科學觀察、分析、推理與驗證的機會，促進學生物理思維的發展及對科學本質的理解，使其科學論證素養得到有效培養[5].

例如?在實施“向心加速度”教學時，教師先呈現一個小球在圓形平面上進行勻速圓周運動的小動畫，給出任務：小球的運動狀態有無發生變化，如果變化，找出原因所在.讓學生展開科學探究，使學生意識到小球的速度方向在不停地變化，運動狀態同樣不斷變化，是向心力所起的作用.接著，教師布置任務：物體進行勻速圓周運動時所提供的向心力是什么？合力有什么特點？引領學生繼續結合剛才的動畫進行科學分析與論證，學生知道物體受到的合力提供向心力，方向始終指向圓心.之后，教師繼續呈現任務，提示學生借助牛頓第二定律對小球加速度的方向和作用進行研究，分析圓周運動的性質，使學生深入探討向心加速度，構建完善的知識體系，促進科學論證素養的培養.

4?結語

綜上所述，在高中物理課堂教學實踐中，教師應深刻意識到培養科學論證素養的重要性與必要性，結合高中物理知識的特征及高中生的身心特點制定各種各樣、豐富多彩的培養途徑，以原有教學經驗為出發點，不斷改進、創新與優化培養路徑，為學生帶來與眾不同的學習體驗，提高整體教學質量.

參考文獻：

[1]張嘉弘.指向“科學論證素養”培養的高中物理教學策略與實踐[J].中學物理，2022，40（07）：6-10.

[2]陸軍.注重學習過程 聚焦科學思維——高中物理教學中發展科學思維的實踐探索[J].物理教學，2021，43（08）：16-19.

[3]金林軍.核心素養下高中物理教學中科學思維的培養[J].數理化學習（教研版），2020（11）：25-26.

[4]張嘉弘.培養“科學論證素養”的高中物理教學策略與實踐[J].物理教師，2022，43（05）：22-26.

[5]戚桂雄.培養“科學論證素養”的高中物理教學策略與實踐[J].考試周刊，2022（45）：132-135.