核心素養視域下培養學生物理科學思維的實踐與探索

【摘要】科學思維指的是運用科學的方法解釋現象、探索知識以及解決問題的思維方式。文章主要探討核心素養視域下培養學生物理科學思維的實踐。

【關鍵詞】初中；物理；科學思維；核心素養

作者簡介：曹旭鳳（1975—），女，江蘇省南通市竹行中學。

當前，培養學生的科學思維已成為教師的重要任務。作為自然科學的基礎學科之一，物理學起著十分重要的作用。教師應該積極運用不同的教學方法和策略，引導學生學習，使學生的物理科學思維得到全面發展。

一、建構模型

（一）類比法

為了引導學生更好地理解和掌握科學思維，教師可以將認知心理學理論與教學實踐相結合。類比法是一種有效的認知心理學策略，它能夠幫助學生溫故而知新，從而深化學生對新知識的理解。

以蘇科版物理九年級上冊“電流和電流表的使用”這一課的教學為例，此課主要的教學目標是幫助學生理解電流的概念以及測量電流的方法，類比法可以在這個過程中起到關鍵的作用。為了幫助學生理解電流，筆者把電流比作正在流動的河水，把電流表比作用來測量河流流量的設備。筆者先讓學生了解“電流是由電子在導線中移動而產生的，就像河流是由水在河道中流動而形成的”，以此幫助學生理解電流的本質。緊接著，筆者引導學生理解電流的測量原理，從而引入電流表的使用。筆者把電流表類比為一個在河流中放置的水輪—當水從水輪流過，水輪會轉動，其轉動的速度與水的流量正相關；同樣，當電子流過電流表時，電流表指針的偏轉越大，說明電流越大。

類比法在培養學生科學思維的過程中扮演著重要的角色，它不僅可以幫助學生更深入地理解新的物理概念，而且可以提高學生學習物理的興趣。在“電流和電流表的使用”一課中，筆者通過電流與河流、電流表與水輪的類比，有效提高了學生的思維能力。

（二）虛擬法

虛擬法是指教師將學生帶入一個虛擬的情境中，讓學生發揮想象力理解所學內容。學生可以利用模擬能力和想象力，將抽象的物理概念轉化為具體的事物，從而增強對概念的理解和記憶［1］。

以蘇科版物理九年級下冊“磁體與磁場”一課的教學為例，為了幫助學生理解磁體與磁場的概念，筆者運用虛擬法引導學生進行探索。首先，筆者引導學生通過想象建構一個虛擬的情境，即想象自己是一塊小磁鐵，身上有著磁性。其次，筆者引導學生思考以下問題。當兩個磁體靠近時會發生什么？當磁體與其他物體接觸時會有什么變化？通過思考，學生可以發揮想象力，想象磁體與磁場的相互作用。再次，筆者設計實驗活動，準備若干小磁鐵和小的物品，讓學生觀察小磁鐵與物品之間的相互作用。最后，學生通過實驗可以親身體驗磁體的吸引和排斥現象，進一步加深對磁場的理解。

虛擬法不僅能夠幫助學生建立與知識的聯系，還能夠培養學生的觀察能力、邏輯思維能力和想象力。教師科學運用虛擬法培養學生的科學思維能力，能夠讓學生在物理的學習和探索中獲得更多的樂趣。

（三）實驗法

實驗法具有激發學生的科學探索精神和活躍學生思維的作用。教師運用實驗法，讓學生直接參與到科學實驗中探索物理知識的規律，可以讓抽象的物理原理變得生動有趣、易于理解。

以蘇科版物理八年級上冊“運動的相對性”一課的教學為例，此課需要學生理解運動是依賴于參照物而言的。筆者在教授這一概念時，引導學生做一個簡單的實驗，讓一個學生在跑道上原地踏步，讓另一個學生在跑道上跑步前進。此時，筆者提問圍觀的學生：“現場的兩位同學是否在移動？”學生可以清楚地觀察到，對于站在操場上的觀察者來說，跑步前進的同學在移動，而原地踏步的同學則沒有移動。緊接著，筆者引導學生：“我們換個角度思考問題，把操場看作移動的，如同地球在自轉，那么原地踏步的同學是否也在移動？”通過實驗法，學生能以直觀生動的方式理解并掌握抽象的“運動的相對性”。

作為物理教師，需要引導學生對實驗結果進行批判性思考，并引導學生把實驗觀察的結果轉化為科學的理論，從而培養學生的科學思維。

二、推理論證

（一）數據分析

數據分析包括數據收集、整理、解讀以及提煉，目的在于找出數據之間的關系和背后的規律。數據分析能夠培養學生的觀察能力、推理能力以及解決問題的能力，同時也能夠幫助學生深刻理解物理概念［2］。

以蘇科版物理八年級下冊“力與運動的關系”一課的教學為例，筆者設計小車從高處滑下的對比演示實驗，引導學生研究阻力對物體運動的影響。首先，筆者將棉布鋪在水平木板上，讓小車從斜面頂端由靜止滑下。在這個過程中，學生需要記錄小車在木板上滑行的距離。其次，筆者拿掉木板上的棉布，讓小車再次從斜面頂端由靜止滑下。在這個過程中，學生也需要記錄小車在木板上滑行的距離。再次，筆者讓學生比較小車兩次在木板上滑行的距離，思考阻力不同時小車的運動情況會有什么不同。最后，學生分析實驗的數據得出：拿掉木板上的棉布，運動的小車所受的阻力減小，向前滑行的距離變大。因此，力是使物體運動狀態改變的原因，物體受力平衡時，將保持靜止或者勻速運動的狀態；物體受力不平衡時，其運動狀態會發生改變。

數據分析是培養學生科學思維的重要方法之一，教師應該重視培養學生的數據分析能力，幫助學生發現物理規律、發展科學思維。

（二）分析與綜合

分析與綜合是重要的科學研究方法。通過分析與綜合，學生能夠深入探索和理解尚未被解釋的現象，并借助已有的理論和實驗數據提出合理的解釋。此外，分析與綜合促使學生綜合考慮影響事物變化的不同因素，并尋找它們之間的關聯，為學生解開未知的謎團提供突破口。

以蘇科版物理八年級下冊“物體的浮與沉”一課的教學為例，筆者引導學生運用分析與綜合的科學研究方法。首先，筆者提問學生：“將不同物體放入水中時，有的物體會浮在水面上，而有的物體則會沉入水底。為什么會出現這樣的現象？”學生可以運用阿基米德原理解釋這一現象。根據阿基米德原理，浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于被物體排開的液體所受的重力，物體排開液體的體積越大、液體的密度越大，物體所受的浮力就越大。其次，筆者告訴學生：“僅以密度來解釋物體的浮與沉現象還不夠完整，我們還需要考慮物體的形狀和體積。例如，一個體積比較大且形狀規則的物體，即使密度較大，仍然可以浮起來。這是因為物體的體積比較大，排開的液體足夠多，生成的浮力能夠抵消物體的重力。”最后，學生通過分析與綜合的科學方法，聯系理論與實際，深入了解物體的浮與沉現象，并有了更多的思考。

（三）定性定量分析

在解決實際問題方面，定性定量分析尤為重要。通過定性定量分析，學生可以更好地理解問題的本質，并尋找解決問題的方案。定性分析可以幫助學生觀察和描述事物的特征，如物體的形狀、顏色、屬性等；定量分析可以幫助學生將物體的特征量化為數值，以便進行比較、分析和推論。

以蘇科版八年級上冊“物態變化”這一章的教學為例，筆者引導學生運用定性定量分析的方法。首先，在研究水的沸點變化與海拔高度的關系時，筆者引導學生收集在不同海拔高度下，水的沸點數據，并繪制成圖表。通過觀察數據，學生可以認識水的沸點隨著海拔高度的增加而降低。其次，為了引導學生進行定量分析，筆者引導他們將不同海拔高度下的水的沸點轉換為絕對溫度，然后繪制不同海拔高度所對應的水的沸點的絕對溫度統計圖表。最后，學生可以分析水的沸點與海拔高度之間的關系，從而解決問題。

教師通過引導學生學習和應用定性定量分析的方法，能夠培養學生的科學思維，從而讓學生獨立思考并解決實際問題。

三、有效提問

（一）有針對性地提問

提問的核心在于提出有針對性的問題，以便深入了解現象并揭示其背后的原理。

以蘇科版物理八年級上冊“光的折射”這一課的教學為例，筆者通過以下教學案例讓學生更透徹地理解此課的知識點。首先，筆者引導學生觀察光從空氣射入水中的現象。學生觀察到當光垂直射入水中時，傳播方向不變，但當光斜射入水中時，傳播方向會發生偏折。其次，筆者提問學生：“為什么光在空氣和水之間傳播時方向會發生偏折？”最后，學生認識到，光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生偏折的現象叫作光的折射。

提問能夠幫助學生深入思考現象背后的原理，激發學生的好奇心和求知欲，使學生主動提出問題與思考問題。通過提出問題和追根溯源，學生可以更好地理解物理現象。教師應該科學提出問題，讓學生深入思考并發現物理問題的本質，從而培養學生的科學思維。

（二）整合性提問

教師應整合性地向學生提出問題，促進學生科學思維的發展。在物理學科教學中，教師整合知識點提出問題，引導學生對問題進行深入思考，不僅能夠讓學生從不同的角度探索問題，還能夠培養學生的觀察能力、實驗能力以及推理能力。

以蘇科版物理九年級上冊“機械能與內能的相互轉化”這一課的教學為例，筆者引導學生從不同角度考慮有關問題，并探討不同問題的答案。首先，筆者提問學生：“請同學們說說機械能和內能分別是什么？”以引導學生整合機械能與內能的知識。學生復習所學知識回答：“在物理學中，動能和勢能統稱為機械能。一個物體可以同時具有動能和勢能，動能和勢能可以互相轉化。分子因熱運動而具有分子動能，因其間存在相互作用力而具有分子勢能。物體內部所有分子動能和分子勢能的總和叫作物體的內能，物體的溫度越高，它的內能就越大，任何物體都具有內能。”其次，筆者從宏觀層面提問學生：“能量會否憑空消滅或者憑空產生？”學生通過學習，認識到能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。再次，筆者從微觀層面提問學生：“從科學研究到日常生活，能量守恒定律都發揮著重要的作用。同學們能否舉例說明機械能轉化為內能的例子以及內能轉化為機械能的例子？”有的學生回答：“摩擦生熱是機械能轉化為內能。”有的學生回答：“內燃機做功是內能轉化為機械能。”最后，筆者提問學生：“在汽油機的壓縮沖程與做功沖程中，能量分別是如何轉化的。”學生整合機械能與內能的知識，回答：“在壓縮沖程中，機械能轉化為內能；在做功沖程中，內能轉化為機械能。”筆者通過整合性提問，引導學生從能量守恒定律、宏觀層面以及微觀層面進行深入的思考，有助于培養學生的科學思維能力。

結語

在核心素養視域下培養學生的科學思維可以通過建構模型、推理論證和有效提問三個方面來實現。這些方面既能夠有效培養學生的科學思維，也能夠提升學生的科學探究、科學態度與責任等物理學科核心素養。教師應該不斷實踐與探索，從而更好地促進學生科學思維的發展，為學生的全面發展奠定堅實的基礎。

【參考文獻】

［1］陳松波.以核心素養為導向 優化初中物理教學［J］.天津教育，2021（5）：90-91.

［2］湯才發.“思維型”教學對初中物理創新素質的影響［J］.中學課程輔導，2023（3）：123-125.