在科學方法運用過程中發展學生的思維

摘 要：人們對科學方法的認知，在本質上來自于科學研究者的思維，可以說整個科學發展的歷史就是一個思維發展史.在科學發展的過程當中，科學研究者借助于對科學現象的觀察、對物理表象的研究以及對科學概念與規律的梳理、建構，不斷運用自身的形象思維與抽象思維，完善著科學知識體系，構建著物理學科的大廈.在高中物理教學中緊扣科學方法的運用過程，不僅可以讓學生獲得物理知識的過程變得更加高效，而且能夠對學生的科學思維發展起到助力作用.站在教師教學的角度，很重要的一個任務就是去開發課程資源，要創設有利于學生主動運用科學方法的情境，讓學生在情境中自主運用科學方法，實現思維的發展.

關鍵詞：高中物理；科學方法；方法運用；思維發展

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）18-0071-03

收稿日期：2023-03-25

作者簡介：張航宇（1989.10-），男，本科，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

在高中物理教學研究中，有兩個關鍵詞常常被人們所提及：一是物理思想方法，二是物理思維.對于前者而言，隨著課程改革的深度推進，人們越來越發現思想方法的重要性，在第八輪課程改革當中所提到的過程與方法，正是對思想方法重視的體現.從概念的角度來看，物理思想方法是科學方法的下位概念，站在科學方法的角度認識物理思想方法，可以讓高中物理教師有高屋建瓴之感.科學方法是從何而來的？這是一個近乎原始問題的問題，實際上當今人們認為科學方法有著至高無上的重要性的時候，很少有人意識到人們對科學方法的認知，在本質上來自于科學研究者的思維，可以說整個科學發展的歷史就是一個思維發展史，在科學發展的過程當中，科學研究者借助于對科學現象的觀察、對物理表象的研究以及對科學概念與規律的梳理、建構，不斷地運用自身的形象思維與抽象思維，完善著科學知識體系，構建著物理學科的大廈.

在這樣的歷史背景之下認識高中物理教學，自然就能體會到思維在物理學習中的重要性.事實上也正是因為如此，在高中物理學科核心素養當中，才將科學思維作為單獨的一個要素進行闡述.無論是從高中物理教學的傳統來看，還是從課程改革以及核心素養的角度來看，思維在物理學習中的重要地位得到凸顯.那么在具體的教學過程中，必須清晰地認識到一點，那就是要發展學生的思維，必須依靠具體的載體，如果沒有具體的物理知識的建構過程，那么思維的發展是沒有依靠的.考慮到無論是物理概念還是規律，其建構過程都必然伴隨著科學方法的應用，通過過對科學方法的內容及其在教學中的定位進行分析，可以發現科學方法的內涵及在發展學生思維的過程中有著重要的價值^[1].因此可以說，科學方法的運用過程就是學生的思維發展過程，兩者之間的對應關系，可以為高中物理教學研究開辟一個新的空間.

1 科學方法促進學生的思維發展的可能性

在科學方法運用的過程中促進學生的思維發展，應當說是一個相對新穎的研究視角，而科學方法之所以能夠促進學生的思維發展，要對其可能性以及可行性進行研究.一般認為，物理知識和物理的科學思維方法是密不可分的有機體^[2].在這個有機體當中，物理知識的學習、物理思想方法的領悟、物理學科核心素養的發展，以及學生思維的發展，都是同步進行的.應試形態下的高中物理教學，在確定教學重心的時候，往往將重點放在物理知識的學習與運用上，其目的是為了培養學生的應試能力；在新時代的背景之下，

物理學科核心素養引領著物理教學的發展，當前的新高考對純粹的應試也有著相應的矯正作用，這就意味著當下的高中物理教學重心應當由應試向思維發展轉移，高中物理學科核心素養的落地，應當成為教學的主要任務.

在完成這一任務的過程中，思維發展起著核心作用，借助于科學方法的運用來促進學生的思維發展，本質上是一個形與神的關系.學生建構物理知識的過程必然會運用到科學方法，科學方法的運用以及具體知識形成的過程中，學生必然會有所感悟，將形象的知識學習過程進行抽象，就可以讓學生對科學方法形成準確的認識，這顯然也是一個思維發展的過程.思維的發展主要體現在學生運用符合科學的邏輯，對實際現象進行觀察與思考，并且通過適當的抽象之后，獲得相關的物理模型，而且能夠運用物理學科知識來解釋這一模型.當學生運用的邏輯超越生活認知（其中有豐富的前概念，有許多樸素甚至是錯誤的邏輯），逐步走向科學邏輯的時候；當學生大腦中的物理形象從生活表象轉為物理模型的時候；當學生能夠自發地運用物理學的知識去解釋相關現象的時候，就是科學思維得以發展的時候.

在高中物理教學中緊扣科學方法的運用過程，不僅可以讓學生獲得物理知識的過程變得更加高效，而且確實能夠對學生的科學思維發展起到助力作用.認同這一觀點，不僅可以明確科學方法運用以及科學思維發展在物理教學中的地位，而且能夠讓教師在日常的教學中，真正形成以知識教學為基礎、核心素養發展為目標、科學思想方法運用為保障、科學思維發展為核心的教學思路.這一教學思路的形成，也就可以夯實核心素養背景下高中物理教學的新途徑.

2 在科學方法運用過程中發展學生的思維

在科學方法運用的過程中，如何有效發展學生的思維呢？這需要教師在實際教學的時候，運用具體的教學案例來進行研究.這里值得一提的是，思維有低階與高階之分，高階思維能力是一個人生命發展的重要能力，也直接關系到一個人創造力的高低，有效的物理教學自然追求高階思維的發展.有研究表明，科學探究是培養高階思維能力的一個重要途徑^[3].當然必須指出的是，追求高階思維的發展并不意味著忽視低階思維的價值，實際上低階思維往往是高階思維發展的基礎，學生只有踏在低階思維的階梯之上，才能走向高階思維.下面就以“帶電粒子在電場中的運動”這一內容為例，如何在科學方法運用的過程當中發展學生的思維.

在創設情境的時候，筆者借助于電子加速這樣一個素材，通過生活中的醫用電子直線加速器，讓學生認識到電子被加速器加速之后，在轟擊金屬靶的時候會產生射線，進而提出的問題是：電子在加速器中受到什么力的作用而加速？

回答這個問題需要學生對加速器有一個準確的理解，即利用電場使帶電粒子加速，而帶電粒子的速度方向與電場強度的方向要么相同，要么相反.相應的在具體分析的時候，通常也就有兩種思路：一是借助于經典力學，也就是利用牛頓第二定律，并結合勻變速直線運動的公式來分析；二是利用靜電力做功并結合動能定理來分析.

在形成這兩種思路的時候，就意味著運用不同的科學方法.那么具體選用哪種思路呢？回答這個問題涉及到進一步的科學方法理解，即如果解決的問題屬于勻強電場，且涉及到具體的運動時間，那么就用前一思路和方法；如果所涉及到的問題只與位移、速率相關，或者涉及的電場是非勻強電場，那么就用后一種思路和方法.

有了這一認識之后，就可以讓學生去具體研究帶電粒子在電場中的加速和偏轉情況，這屬于傳統物理教學中的知識重點，考慮到本文闡述的重點是科學方法的運用以及科學思維的發展，因此這一內容不再贅述.

上述問題解決思路與方法的提供與選擇，就是一個科學方法運用的過程.從科學思維發展的角度看這一過程，可以發現學生最初接觸到電子加速器的時候，能夠在大腦當中初步建構起帶電粒子在電場中運動的表象，這是低階思維的表現；其后，具體分析帶電粒子在電場中運動的問題，由于涉及到已知物理量的定性，涉及到電場是勻強電場，還是非勻強電場，因此學生的思維必然會走向高階.從具體問題解決方法的選擇，到問題得到解決，即學生理解帶電粒子在電場中加速和偏轉，都對應著思維的發展.因此，從這個案例可以看出，科學方法的運用過程確實對應著思維發展的過程.

3 對運用科學方法發展學生思維的再思考

從經驗的角度看高中物理教學，很多時候物理教師感嘆學生的思維不夠靈活時，實際上就是在期待物理學科的教學，能夠促進學生思維的發展.但也正如同本文開始所強調的，思維的發展需要基于具體物理知識教學的過程，考慮到科學方法的價值，在物理知識建構的過程當中，必然要重視科學方法的運用；如果說科學方法的運用為學生的學習提供的是“力”的話，那思維的發展就可以比作是“加速度”.借助于這個比喻就可以發現科學方法運用的越充分，那么學生的學習所獲得的合力也就越大，產生的加速度也就越大，也就是說思維發展就越充分，當然高階思維的發展也就有了更加有力的保障.

因此，在當前的高中物理教學中，教師必須高度重視科學方法的運用，必須在科學方法運用的過程中注重學生的思維發展.由于物理學科是一個基本概念很強的學科，同時也是一個高度注重規律的學科，在具體的教學過程中重視科學方法的價值，能夠有效培養學生邏輯思維和分析推理能力^[4].而站在教師教學的角度，很重要的一個任務，就是去開發課程資源，要創設有利于學生主動運用科學方法的情境，讓學生在情境中自主運用科學方法，自發實現思維的發展.如果能夠做到這一點，那么高中物理教學的前景必將無限光明.

參考文獻：

[1]丁珂， 錢長炎. 顯化科學方法，強化思維教育：以高中物理“機械能守恒定律”一節為例[J].物理通報，2021（6）：5-8.

[2] 黃定和，楊雨燕，段永忠.談物理概念形成中的科學思維方法[J].新疆教育學院學報，1998（4）：16-17.

[3] 馬云秀.通過科學探究培養高階思維能力：以“機械能守恒定律”一課教學為例[J].物理教師，2018（12）：16-18，22.

[4] 李慶林，顧偉.淺議高中物理概念規律的教學[J].廣西物理，2021（2）：75-76.

[責任編輯：李 璟]