在科學方法運用過程中發展學生的物理科學思維

摘 要：人們對科學方法的認知，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和建構，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.在高中物理教學當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，讓學生在情境當中自主運用科學方法，自發實現思維的發展.

關鍵詞：高中物理；科學方法；方法運用；思維；思維發展

中圖分類號：G632? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1008-0333（2023）27-0083-03

收稿日期：2023-06-25

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

在高中物理教學研究的視野當中，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，實際上當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，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和建構，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都能夠得到凸顯.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，通過對科學方法及其在教學中的定位進行分析，可以發現科學方法的內涵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，核心素養引領著物理學科的發展，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型，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，去對實際現象進行觀察與思考，并且在通過適度的抽象之后，獲得相應的物理模型，而且能夠運用物理學科知識來解釋這一模型.應當說當學生所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，當學生能夠自發的運用物理學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.

因此有這樣的分析可以發現，在高中物理教學當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

那么在科學方法運用的過程當中，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，也直接關系到了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，學生只有踩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，探究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器這樣一個素材，通過生活中的醫用電子直線加速器，來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.相應地在具體分析的時候，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：前者是動力學的知識，是經典力學的思路；后者是靜電力學的知識，是靜電學與力學相結合的產物.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磁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和選擇，原本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，當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得越充分，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當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.這是作為自然科學的物理最大特點之一[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，以讓學生在情境當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］