科學教學中滲透科學方法的原始物理問題探究

楊瀾 王向麗

【摘要】科學方法是發展科學素養、培養創新能力的重要內容?；谀壳靶W科學教學中顯性滲透科學方法的空白、物理內容在小學科學中的占比、原始物理問題的教育價值及其與最新科學課標的對應關系，文章通過幾個案例探討了以設置原始物理問題為路徑，在小學科學教學中滲透類比法、歸納法、比較法的有效方法，為原始物理問題的廣泛應用提供思路和方法。

【關鍵詞】小學科學；科學方法；原始物理問題；探究

【中圖分類號】G710【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）10—0062—04

一、問題的提出

歐美等國家在課程文件中多次提出，全球理科課程改革應關注科學素養問題，科學方法是其中的重要內容[1]?？茖W方法指人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結出來的一系列正確的思維方式和行為方式[2]，它既是科學認識的精神手段，也是科學認識工具的“軟件”，直接為科學認識服務[3]。小學科學作為一門兼具基礎性、綜合性、實踐性的課程，是進行科學教育、培養終身發展能力的基礎，更是形成科學素養的關鍵。2022版新課標中明確指出科學課程需要讓學生掌握基本的科學方法，具有初步的思維能力。因此，在小學科學教學中加強科學方法教育不僅是新課標的基本遵循，也可為中學理科教育中科學方法的進一步運用提供前提。

在目前的小學科學教學中，科學方法更多地以隱性方式運用在知識傳授和實驗過程中，而在問題的設置與解決方面，科學方法的顯性滲透是一片空白。通過分析小學科學內容設置可以發現，物理占據了大部分比重。2022年版新課標明確提出要在課程中創設真實的問題情境，將學科概念應用到真實情境中，這恰好與物理教育研究中的原始物理問題相對應。因此，以設置原始物理問題為路徑在小學科學中顯性滲透科學方法是絕妙的選擇。

原始物理問題指自然界及社會生產生活中客觀存在且未被加工的問題[4]。在有關原始物理問題的研究方面，孫鐵斌試圖利用原始物理問題突破高三復習的“高原期”[5]；邢紅軍等比較研究了初中生解決中考物理計算題與原始物理問題的能力[6]；陳輝通過原始物理問題剖析了學生建立物理模型的障礙及原因[7]；于永建等結合2019年高考真題改編、原創了一組相關原始物理問題等[8]。從目前的研究現狀可以看出，原始物理問題具有重要的研究價值，但相關研究大多集中在中學階段，小學階段沒有涉及。因此，基于目前在小學科學的問題設置中滲透科學方法的不足、物理內容在小學科學中的占比、原始物理問題的教育價值及其與新課標的對應關系，本文以4個案例為例，探索了通過設置原始物理問題在小學科學中滲透科學方法的思路和具體做法。

二、原始物理問題的教育價值

1.激發學習興趣，提高教學效率。斯賓塞認為：“興趣是求知和學習最大的動力?！笨梢?，興趣在教育過程中具有至關重要的作用。直接抽象化的習題往往是枯燥單調的文字表述，不能使學生有效聯系實際生產生活，且容易超出小學生的理解和認知水平，造成對學科的畏懼和厭煩情緒。而原始物理問題是由現實生活中常見現象引發的思考，容易激發學生學習興趣，成為教學過程中知、情、意、行有機結合的“發動機”和“催化劑”[9]，為快樂學習和減量提質創造源泉。

2.加深知識理解，抽象概念具體化。皮亞杰的認知發展階段論認為，小學階段的學生正在逐漸形成抽象思維，但仍需要具體事物的支持[10]。原始物理問題為學生提供了具體生動的生活實例，引導學生從生活和自然中走向物理。這恰好能夠適應學生的身心發展特點，實現抽象概念的生活化、具體化，使他們了解物理現象、掌握物理規律，進而加深對知識概念的深層次理解。

3.加強理論和實踐相結合，促進知識的有效遷移。實踐是理論的基礎，而理論必須與實踐相結合，接受實踐的檢驗并為其服務，兩者相輔相成[11]。傳統的習題練習從根本上來說仍屬于機械化的理論學習，無法有效地將理論與實踐相結合，而原始物理問題來源于生活情境并解決實際問題，可以很好地克服這一缺陷。并且生活中許多物理現象蘊含的原理相同，學生很容易舉一反三，從而促進知識的有效遷移，使學生在體驗中學習，在實踐中運用，在遷移中創新。

4.促進知識向能力轉化，提升科學素養。原始物理問題的解決往往需要多種能力的配合，包括對真實生活情境中的現象進行思考，并將其轉換為物理語言的建模能力、科學推理的實證能力等。在小學科學中設置原始物理問題，可以使學生從兒童時期就接觸實際問題并進行分析、建模和實證訓練，從而促進知識向多種能力轉化。另外，還可引導學生從表觀現象中總結歸納事物的本質規律，培養透過現象看本質的哲學思想和思維方式，從而全面提升學生的科學素養。

三、滲透科學方法的原始物理問題案例分析

1.類比法。類比法指對比兩個或兩個以上對象間的相似性，從已知對象認識未知對象，得出描述未知對象的概念與特征的方法[12]。類比法不僅可以使分析和解決問題更加快速簡捷，而且還能促進知識和技能的靈活運用與遷移[13]，為學生學習新技能、進行科學發現和探索、培養創造能力提供重要途徑[14]。

【案例】光的反射是生活中一種常見的現象，我們利用它在鏡子前整理著裝，科學家利用它制造出潛望鏡、額鏡、汽車后視鏡等，那么聲音遇到障礙物也會發生反射嗎？請利用類比法通過分析光的反射現象描述聲音的反射。

最新教科版小學科學五年級上冊“光的反射現象”一課中，學生了解了光在傳播過程中遇到障礙物時會改變傳播方向產生反射的現象。潛望鏡的制作便利用了這一原理，如圖1所示。光的本質是電磁波，而聲音的本質也是一種波——機械波，雖然兩者本質不同，但具有相同的性質。如我們在山谷中聽到的回聲，其反射原理如圖2所示。聲音的反射原理在生活中應用廣泛，如在醫學上用B超為病人檢查身體，利用聲吶技術或設備探測海洋深度等。本題的設置可與中學物理良好銜接，形成層次清晰、邏輯嚴謹的知識網絡結構，也可以將我國高精尖技術領域的知識滲透在小學科學教學中，促進小學階段課程思政建設和學生核心素養的提高。

2.歸納法。歸納法是由個例性知識推出一般性結論的方法[15]。歸納法不僅能促使學生理解事物的本質，而且可促進學生抽象思維和概括能力的提高[16]，使學生形成良好的思維習慣。

【案例】生活中電磁起重機、揚聲器、磁懸浮列車等器械的結構中都含有磁鐵或電磁鐵，它們在接通電源后開始工作，你能通過分析工作原理后用歸納法總結出磁現象和電流的關系嗎？

教科版小學科學二年級下冊“磁鐵”單元介紹了基本的磁知識，其中提到的磁鐵既包括天然磁鐵，也包括電磁鐵，即鐵芯外部纏繞與其功率相匹配的導電線組裝置，它們在生活中應用廣泛且具有共通之處。例如，電磁起重機接通電源工作時會將大量鋼鐵材料牢牢吸引住，如圖3（a）所示，而斷開電源后這些鋼鐵材料將掉落，如圖3（b）所示；揚聲器接通電源后，內部線圈因有電流通過便產生了磁性，使其和內部磁鐵一會吸引一會排斥發生振動；磁懸浮列車通電后，位于列車車廂底部的電磁鐵產生了磁性，它和軌道上的電磁鐵相互排斥從而將列車從導軌上抬升或懸浮起來。通過以上分析可以發現，接通電源有電流通過電磁鐵時它便產生了磁性，說明磁現象與電流有關，這就是電流的磁效應。本題的設置可以為學生創造最近發展區，將電流與磁現象聯系起來，從而實現知識間的交叉融合，并可為中學進一步學習電磁現象創造必備的前提條件。

3.比較法。比較法是把兩個或兩個以上對象進行比較，辨別異同、認識本質、揭示事物規律的思維方法[17]。它不僅可以促進學生掌握事物間內在的更深層次關系，而且在易混淆概念和知識點的教學與學習中尤其重要。

【案例】戴玉強和葉佩英是我們非常熟悉的高音歌手，聆聽他們演唱時我們可以將電視音量調大一些，以便更好地欣賞歌曲。這里說的高音和音量是一回事嗎？你能利用比較法說明嗎？

本題通過將音高和音量這兩個概念進行比較，加深學生對聲音的認識，以便更好地理解其物理實質。題目中的高音指音高，即聲音的高低，音量指聲音的大小、強弱、輕重，它們是用來描述聲音不同屬性的兩個物理量，學生在學習中極易混淆。音高取決于振動物體的頻率，而振動頻率與振動系統的固有屬性有關，如物體的質量、長短、粗細、大小等。音量取決于距離發聲體的距離和振動的幅度，而振幅與振動系統的初始條件有關，如施加于物體的外力大小。音高與音量的物理實質及影響因素如圖4所示。

小學科學作為一門兼具基礎性、綜合性、實踐性的課程，是形成科學素養的關鍵。而原始物理問題與新課標對真實生活情境的強調相吻合，且其在小學科學中具有重要的教育價值，因而以設置原始物理問題為路徑在小學科學中滲透科學方法是極其必要且有意義的，但目前相關研究非常缺乏。本文通過設置4個原始物理問題案例，探討了類比法、歸納法、比較法在小學科學中的顯性滲透路徑。期望本論文的研究能夠為小學科學的教學提供一定的參考和借鑒，為原始物理問題的廣泛應用提供思路和方法。

參考文獻

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（本文系“中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目”的研究成果，項目編號：31920220079；西北民族大學2023年校級創新創業教育教學改革研究項目“創新模式下量子力學課程多樣化教學模式探究”的研究成果；“2022年度甘肅省高等教育教學成果培育項目”資助成果，項目編號：2022GSJXCGPY-06）

編輯：張昀