科學思維視域下初中生物理推理能力的培養

黃海峰

科學思維是物理核心素養的重要組成部分，而物理推理能力是學生在物理學習過程中不可或缺的一種基礎能力。新時代背景下，培養學生的科學思維是物理教學的重要內容。通過科學推理，學生能夠用科學的方法發現物理問題，并通過探索和推理解決實際問題。本文探討了科學思維視域下初中生物理推理能力的培養策略，以供參考。

一、物理推理能力的類型

初中生的物理推理能力可以分為守恒推理、變量推理和演繹推理三類。

（一）守恒推理，概括抽象本質

守恒推理要求學生認清事物的本質特征，在事物的某些物理狀態發生變化的情況下，從本質特征出發，對其變化過程中的物理量變化特征進行分析，概括抽象本質，利用事物本質守恒不變的特性進行分析與推理。能量守恒是最常見的守恒屬性之一，結合能量變化的守恒特性，可以有效地培養學生的守恒推理能力。

（二）變量推理，分析特定影響

變量推理是指分析物理變化過程中某種變量的屬性，并且在該變化過程中與多個變量存在物理關系時，通過控制變量的方法，分析某種變量對物理現象的特定影響，進而科學推理物理規律?？刂谱兞糠椒ㄊ且环N重要的推理方法，在物理實驗探究和規律探索中有著至關重要的作用。在初中物理教學中，教師可以建立物理量變化受到單一變量影響的過程模型，指導學生靈活運用控制變量的方法探究物理量的本質變化特性。

（三）演繹推理，驗證假定推論

演繹推理本質上是一種從假設到驗證的推理過程，這種推理方式需要學生根據一些特征信息提出假定推論，在此基礎上設計探究方案，對其進行實踐驗證。這不僅可以充分鍛煉學生的自主學習探究能力，還可以讓學生經歷完整的演繹推理過程，培養學生的演繹推理能力。

二、培養初中生物理推理能力的策略

初中階段學生的心理思維特征正處于由具體運算階段向形式運算階段過渡的時期，這一心里思維特征對課堂教學中的科學推理能力滲透提出了新的要求。教師應針對學生的心理思維特征，設計具有充足吸引力的學習活動，促進學生科學推理能力的發展。

（一）設置生活情境，探索潛在規律

科學推理能力的培養離不開學生的自我驅動，教師應通過創設生活情境，調動學生的生活經驗，激發學生學習的積極性，引導學生在自主探究活動中發現物理規律，提高科學推理能力。在課堂教學中，教師將生活問題和生活現象作為素材，可以有效提高學生的學習興趣，增強課堂教學效果。

例如，在講解蘇科版初中物理八年級上冊第五章第四節“運動的相對性”時，教師可以引入下面的生活情境：小明在商場與媽媽一起乘坐扶梯，在上升的過程中發現自己與媽媽的相對位置沒有變化，但是相對下一層的物體提升了一層的高度，發生了位置變化，請問在這個過程中小明是運動的還是靜止的？乘坐商場的自動扶梯是學生非常熟悉的一種生活情境，通過問題聯系學生已有的生活經驗，可以促使學生積極參與探究活動，直觀地體驗運動的相對性，并通過分析得出結論，即物體的運動與靜止必須在一個特定的參考系下才有實際意義。由此可見，以生活情境為課堂教學的切入點，可以充分調動學生的生活經驗，為學生的深入探究和推理提供有力的抓手，從而有效地培養學生的科學推理能力。

（二）滲透物理學史，生成責任意識

縱觀物理學發展史，每一種物理規律的提出都是科學家們在不斷探索的過程中通過科學推理得出的結論，這一過程蘊含著豐富的科學推理觀念和社會責任意識。在初中物理教學實踐中，教師巧用物理學史創設背景知識，不僅能夠提升學生的物理學科素養，還能夠在培養學生科學推理能力的同時增強學生的責任意識，強化學生對物理推理過程的感受。

以蘇科版初中物理八年級下冊第十章“壓強和浮力”相關內容的教學為例，教師在講解阿基米德原理時，可以結合阿基米德發現浮力計算原理的科學推理過程，引導學生通過情景再現的方式，用測量浮力的方法判斷某種物體質地是否純凈，并參照物理學史中的規律探索過程，指導學生設計以下實驗：用大小相同材質不同的物體做漂浮試驗，將不同的物體分別放到盛滿水的量筒中，當物體靜止后取出，觀察量筒中的讀數，得到排出液體的體積，并嘗試計算此時物體受到的浮力大小。通過這次實驗探究，學生推理得出不同的物體在液體中漂浮時排開的液體重力恰好與其受到的浮力大小相等，并利用該原理檢測了物體的質地是否純凈。通過物理學史的滲透，學生可以在真實情境中經歷科學家的推理過程，直觀地感受科學推理的巨大作用及物理探索對社會發展的重大意義。

（三）融合項目學習，解決具體問題

初中階段學生的心智發展不成熟，他們在面臨比較復雜的物理問題時往往會出現畏難情緒。針對這一問題，教師應當設計項目式學習活動，將復雜的物理問題作為一個項目拆分為多個環節，在多環節逐漸推進的過程中促進學生科學推理能力的發展。

以蘇科版初中物理九年級上冊第十一章第二節“滑輪”一課為例，在講解相關內容時，教師需要讓學生掌握滑輪的概念，理解不同滑輪對做功帶來的變化，并且能夠通過滑輪組的靈活組合實現不同的功能，從而解決實際問題。針對這一復雜的學習要求，教師可以根據項目式學習理念將其劃分為不同的學習環節，避免學生由于畏難心理等降低學習主動性。首先，教師通過多媒體設備展示相關圖片和視頻，讓學生建立滑輪的物理概念，認識定、動兩種滑輪的結構。其次，教師通過受力分析，引導學生理解兩種滑輪的物理作用，即分別能夠起到改變力的方向和省力的作用。最后，教師結合實際問題引導學生分析滑輪組，計算滑輪組帶來的省力效果及移動距離的改變。在項目式學習過程中，學生通過逐個環節的學習探索，可以很快達成學習目標，從而解決具體問題。

（四）立足實驗教學，培養應用能力

實驗教學是物理學科的基礎，是物理推理能力應用的基本場景，因此，科學思維視域下的物理推理能力培養應注重實驗教學的實踐運用。教師要立足實驗教學，鼓勵學生在實踐應用中獲得物理科學推理的直觀體驗，從而提高學生的物理推理能力。

1.調動感官，觀察實驗細節。實驗教學的優勢主要體現在可以調動多重感官，通過實驗探究，學生的物理學習不再是局限于課本中枯燥的描述，而是直觀可見、可操作的多種感官經驗。因此，教師應注重實驗操作設計，強化學生的體驗，通過對細節的感受提高學生應用科學推理的能力。教師可以合理地設計實驗環節，使學生實現多種感官之間的相互轉換，在吸引學生注意力的同時放大實驗細節，助力學生對推理細節的把握。例如，在教授蘇科版初中物理八年級上冊第一單元“聲現象”相關內容時，教師可以設計實驗教學，讓學生感受聲音的產生和傳播原理，深化學生對聲音的本質認知。在設計實驗時，教師可以先在一個振膜表面放一些碎紙片，當振膜發聲時，讓學生觀察紙片的狀態，然后分別用固體、液體和氣體感受聲音的傳播特性，最后通過多媒體設備播放打雷的視頻，讓學生觀察看到閃電和聽到雷聲的時間差，從而將不可見的聲音轉化為可通過視覺、聽覺和觸覺直觀體驗的實驗細節，加深學生對聲音震動傳播本質的理解。教師通過實驗設計，將抽象的實驗現象轉換為直觀可見的內容，有助于學生分析實驗細節，通過細節分析推理得出對應的物理規律。

2.辨識數據，量化實驗變化。數據分析是總結實驗結果、推理現象規律的重要步驟，對于培養學生的數據分析和物理推理能力有著至關重要的作用。因此，教師應有意識地引導學生辨識實驗結果數據，用數據對實驗過程中的現象變化進行量化表示，揭示物理變化的本質。學生通過辨識實驗數據結果中的變化關系，可以掌握變量守恒或控制變量的推理思路。比如，在教授蘇科版物理八年級下冊第八章第二節“重力 力的示意圖”時，教師可以設計相關實驗，引導學生利用測力計及不同質量和不同形狀的測量物，探究重力大小與質量、形狀和位置的關系。在實驗進程中，教師要指導學生將每一次的測量結果繪制成表格，形成不同變量條件下的結果圖。通過觀察重力大小在三種單一變量下的結果，學生會發現，當質量變化時，重力也隨之變化，而不同形狀、不同材質的物體及物體位置的變化不會引起測力計讀數的改變，由此得出“物體的重力大小只與質量有關”的結論。教師還可以指導學生將記錄結果繪制為圖形，進一步對物體質量和重力之間的關系進行分析，從而發現兩者是線性關系，可以表示為G=mg，其中g是重力常數。通過對實驗結果數據進行定量分析，學生可以了解物理現象背后的數量關系，從而推理出相應的物理規律。

3.對比預設，得出實驗結論。對比預設是演繹推理的常見方法，該方法具體體現為，教師根據已有的知識基礎，在實驗設計時設立不同的對照組，通過對比分析對照組的不同實驗條件和相應的實驗現象，演繹推理得出實驗結論，在對比預設的過程中達到培養學生推理能力的目的。對比預設實驗方式可以應用于物理實驗中。例如，在講解蘇科版初中物理八年級上冊第四章第三節“凸透鏡成像的規律”時，教師可以根據放大鏡、望遠鏡、投影儀等凸透鏡在不同工具中呈現的不同成像效果，指導學生根據上述工具差異設計對照實驗，探究其成像的一般規律。按照物距與焦距的關系，教師可以指導學生設置5組不同的對照實驗，其中實驗條件分別為u＞2f、u=2f、2f＞u＞f、u=f、u＜f，在實驗中保持其他條件的一致性，探究不同物距和像距組合中的成像顯性，然后根據現象假設不同條件下的結果，進而記錄實驗結果，將實驗結果與假設進行對比驗證，從而獲取最直接的推理經驗。在對比預設的實驗過程中，學生既需要發揮自己的認知推理能力，根據不同條件推理實驗結果，又需要自主設計實驗來驗證自己的猜想。在這個過程中，學生的推理能力和探究能力均能得到有效鍛煉。

結語

科學思維視域下培養初中生的物理推理能力，需要教師重視學生的心理思維特征和認知能力的發展，發揮實驗環節在科學推理能力滲透中的作用，切實培養學生的物理推理能力，落實初中物理核心素養的培養需求。

（作者單位：江蘇省南通市啟秀中學）