指向科學思維的初中物理概念教學策略

摘" 要：物理學科注重科學思維，尤其是對于物理概念的學習.教師更要通過問題、假設、猜想、實驗等方式，引領學生感知物理概念的內涵，幫助學生獲得綜合能力.以科學思維為導向，教師要抓住物理概念的本質屬性、內在規律和相互關系，運用模型建構、方法指導、科學論證、質疑批判來幫助學生建構物理概念.

關鍵詞：初中物理；科學思維；概念教學

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）17-0086-03

收稿日期：2024-03-15

作者簡介：邵予周（1998.11—），女，江蘇省南通人，本科，中學二級教師，從事初中物理教學研究.

“科學思維”是物理學科核心素養的重要組成部分.科學思維體現了學生對感性材料的認識、分析與轉化，包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素.初中學生初次接觸物理學科，對物理知識的學習，尤其是在概念教學中滲透科學思維，增進學生對物理本質的認識與把握，促進學生自主學習意識、科學探究、理論聯系實際等綜合能力的提升［1］.

1" 巧用物理模型，培養模型建構能力

物理概念的講解往往可以通過物理模型來呈現.物理模型有過程模型、結構模型等.過程模型具有抽象性，如勻速直線運動.結構模型與物理現象緊密相關，如杠桿模型、光線、彈簧振子等模型，需要借助于具體的裝置或條件來搭建相應的模型.對物理模型的構建，教師要順應初中生認知規律，以可知、可感、可視等方式讓學生認識客觀物質世界，體驗模型思想.

1.1" 創設模型情境，揭示物理概念

在物理知識體系中，對概念的理解是基礎.比如，在學習電壓概念時，教師可以結合電路模型，創設概念學習情境.準備導線、開關、發光二極管燈組、空紙杯、銅片、鋅片等，將之連接起來如圖1所示.

觀察該電路模型，請學生思考：在未將可樂倒入紙杯前，燈組是否會發光？很多學生看到該電路結構后，按照之前所學的電學知識，電路中沒有電池，推測燈組不會發光.教師為了驗證學生的猜想，閉合開關后，燈組并未發光.說明學生的猜想是正確的.接下來，將可樂倒入四個紙杯，再閉合開關，燈組發光.這一驚異現象，瞬間抓住了學生的好奇心.由此引出問題：為什么可樂倒入紙杯后，燈組會發光？燈組發光與可樂的杯數、倒入可樂的多少有何關系？能否用其他果汁或水來替換可樂？對此電路結構，抽象為圖1所示電路圖，引導學生探索燈組發光的原因.從可樂與銅片、可樂與鋅片的連接中，四杯可樂充當了電源角色，燈組充當用電器角色，導線承擔電路結構的連接.由此，利用可樂來點亮燈組實驗，幫助學生認識電路結構和電路模型，借助科學建模活動，來解釋電路中電源的作用，培養學生的科學思維.

1.2" 提煉主要因素，分析科學本質特征

對物理結構模型的運用往往需要進行理想化處理，在研究物理現象時，要重視主要因素，忽視次要因素，以便讓物理模型更簡潔.比如，在探討“光的直線傳播”時，對于“光在同種均勻介質中是沿直線傳播”這一現象的描述，教師要指導學生理解“光線”結構模型，利用“一條帶箭頭的直線”來表示光的直線傳播路徑和方向.這一理想化處理，將光的亮度、顏色進行了忽略，為后續研究光的反射、折射等知識奠定基礎.同樣，在認識“杠桿”原理前，對“杠桿”概念的解釋，以生活中常見的杠桿現象為例，讓學生體會杠桿原理的廣泛性.如剪刀、天平、夾子、鑷子、筷子、魚竿等，從這些生活器具中，讓學生理解“在力的作用下，繞著某一固定點轉動的硬棒”，即“杠桿”.忽略復雜的構造、工藝和材料，鍛煉學生對杠桿原理的抽象分析能力.

2" 注重方法指導，提升科學推理能力

科學思維的培養要講究方法的靈活性、恰當性.在初中物理學科中，對概念的理解需要學生具備多種科學推理能力，如歸納法、演繹法、分析法、綜合法等思維方法的滲透.有助于發展學生的科學推理能力，尤其是在認識、體悟物理概念中，思維方法的指導和訓練，可促進學生對概念內涵與外延的全面深刻領會.

2.1" 演繹與歸納，激發學生物理學習動力

在思維方法中，演繹與歸納是必備能力.演繹法體現了從一般到個別的推理過程，歸納法體現了從個別到一般性結論的推理過程.比如，在學習力的概念時，對于力本身，生活中有很多與力相關的物理現象.人推車，車向前進，人拉車，車也向前進，壓桌子，抬桌子，等等.從這些現象中提煉力，得出力是物體對物體的作用.由此，通過對個別現象的分析，概括出其共性特征的方法就是歸納法.歸納法的運用，讓學生能夠結合物理現象，探究物理的本質內涵.

在物理電學中，“電功”釋義為“電流所做的功”，用“W”來表示.與電功率相關的計算公式有多個，如P=UI、P=I2R、P=U2R、P=Wt等.圍繞電功率的計算公式，為學生提供在多種情形下計算電功的條件.分析電功率概念及其計算公式，最本質的內容在于對歐姆定律的靈活運用.通過對演繹法的運用，讓學生了解每個公式的應用條件，促進學生對電功率整個知識體系的構建.學生對物理概念有了深刻認知，在面對物理問題時，才能做到游刃有余，學習物理的主動性和創造性才能得到發展.

2.2" 分析與綜合，增進學生對物理的整體認識

分析法表現為對客觀事物的分解，從多個部分、多個層面來探究事物的屬性或特征.綜合法體現了對事物各個部分、各個層面、各個屬性的統一認識，以整體上把握物理的本質或規律.分析和綜合是學習物理知識的重要思想方法，也是解決物理問題、提升學生科學思辨力的有效途徑.比如，在分析蹦極運動整個過程時，教師通過融入隔離法，將蹦極運動分解為三個部分，圍繞每一部分，對人在蹦極過程中的受力情況進行分析.在分析人的運動狀態及能量變化時，還要學生能夠綜合考慮人與彈性繩之間的相互作用，從整體上來把握整個運動規律，深化對物理概念的全面認知和理解.

思維方法的運用，為發展學生的科學思維提供良好基礎.比如，在學習“光的反射”時，解讀了“光的反射”概念后，引出問題：光的反射，需要遵循哪些規律？結合學生的生活經驗，提出猜想.教師對學生的不同想法和觀點進行綜合，通過引入實驗，讓學生分辨入射角、反射角、法線等概念，指導學生正確認識，科學總結光的反射規律.再如，對于“比熱容”概念的學習，可以通過搭建體驗情境.在陽光下，腳踩在沙面和水面，有何不同的感覺？對于沙子、水，兩者在陽光照射下升溫的因素有哪些？分別從吸熱多少、質量大小、材料種類等方面通過引入控制變量法進行實驗，讓學生探究物體升溫的條件，以及與物質種類之間的關系，再利用綜合法，對相關因素進行綜合，幫助學生理解比熱容這一概念.物理概念的呈現方式，教師要選擇恰當的科學方法，讓學生經歷科學推理過程，充分感知物理知識、物理現象，讓物理課更有趣，讓學生更積極主動參與物理學習.

3" 講究科學探究，發展學生科學論證能力

艾倫·柯林斯認為探究式教學難度大，費時多，但卻有助于培養學生的創造力.科學思維的獲得，需要依托科學活動，讓學生從中分析科學問題，找到科學論證的方法.科學觀念的形成，需要交流與碰撞，教師要鼓勵學生闡述各自的觀點，同中求異，異中求同，逐步發展學生的科學論證思維能力［2］.

3.1" 強調猜想與假設，從實驗中發展證據意識

學習物理離不開實驗.在實驗探究中，一方面幫助學生體驗物理知識，另一方面從動手操作和實驗證據收集中，增強學生的證據意識和科學論證能力.比如，在學習“浮力”時，對于浮力的認識，可以通過問題情境來導入.以視頻方式呈現人在死海里看書，為什么人不借助其他工具，就可以漂浮于死海之上？再回想身邊的河流，一些木頭可以漂浮于水面，這些現象可以證明什么？學生在交流中得出：人在死海不沉，源于海水對人向上的浮力作用.與之相似的乒乓球浮于水面，氫氣球在空氣中能夠騰空而起，這些都與浮力的作用有關.與之相對立的，請學生猜想，對于沉于水底的物體，是否受到浮力的作用？請找出相關證據.有學生認為，沉于水底的物體，也會受到浮力的作用；還有學生想到在水井里打水時，裝滿水沉于水下的水桶，在提起時會比提出水面的水桶輕許多，這些都說明沉于水下的物體，受到了水向上的浮力作用.為了更清晰、直觀地幫助學生認識浮力作用，準備彈簧測力計、水杯、水、金屬塊，請學生自己動手設計實驗方案，來論證沉于水下的物體也會有浮力作用.學生在交流合作中，設定實驗方案如下：在空氣中，用測力計測出金屬塊的重力并記錄下來.接下來，將金屬塊沉于水下，觀察測力計上的示數.發現讀數值小于在空氣中的重力值，說明水對金屬塊有浮力作用，該浮力的大小可以通過兩值之差得到.學生通過實驗方式來推理、論證浮力的作用，進而增強學生的證據意識，為發展科學思維積累經驗.

3.2" 注重質疑與批判，發展學生創新思辨力

科學思維注重客觀辯證，對于初中生，要通過物理概念教學激活學生的批判意識，發展學生的質疑精神.科學思維需要具備批判意識，在科學探究中，批判性思維更是一種難得的能力和品格，也是培養學生創造力的重要基礎.學習物理概念，不能死記硬背，要結合多種途徑，鼓勵學生提出不同的想法，在質疑、辨析中深化對概念的理解.比如，在學習“壓強”概念時，對于壓強主要與哪些因素有關，教材中給出的定義，利用物體所受的壓力與受力面積兩個變量的比值來表示.請學生思辨，能否用受力面積與壓力的比值來表示壓強？由此，圍繞壓強的探究活動，從關注壓力與受力面積，延伸到讓學生對比受力面積與壓力的物理意義.以人的思維習慣為出發點，教材用壓力與受力面積的比值作為壓強，更符合人的認知規律.如果用受力面積與壓力的比值表示，反映的是在單位壓力上的受力面積，可以作為壓力相同時，按照受力面積的大小，來反映壓力的作用效果.這一比值越小，則壓力作用效果越明顯，反而不符合人的思維習慣.由此，在反思與辨析中，通過類比與批判，促進學生高階思維能力的養成.

4" 結束語

將科學思維作為初中物理課程教學的重要目標，圍繞物理概念學習，幫助學生深刻認識物理概念和物理現象，增進對物理規律、物理公式的靈活運用.物理概念是建構學生思維能力的載體，從物理概念中滲透科學思維方法，讓科學思維能夠切實有效落地.

參考文獻：［1］ 俞青松.淺談核心素養理念下初中物理概念教學策略［J］.初中生世界，2022（48）：48-49.

［2］ 丁廣健.淺談初中物理教學中概念的教學策略［J］.中學課程輔導（教師教育），2021（11）：101.

［責任編輯：李 "璟］