初中物理教學中學生科學思維培養策略研究

摘 要：從《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課程標準”）中對科學思維的定義來看，科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等內容。基于此，在物理教學時，教師應借助多樣的教學方法，培養學生的科學素養。文章從情境再現、課上提問、構建模型、物理實驗、課后拓展五個方面入手對初中物理教學中培養學生科學素養進行了分析。

關鍵詞：情境；提問；模型；實驗；課后

中圖分類號：G633.7"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1673-8918（2024）51-0130-03

一、 初中物理核心素養對科學思維的詮釋

物理學科中如何界定科學思維，課程標準中給出了明確的定義：科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式；是建構物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用；是基于事實證據和科學推理對不同信息、觀點和結論進行質疑和批判，予以檢驗和修正，進而提出創造性見解的品格與能力。科學思維包含模型建構、科學推理、科學論證以及質疑創新四個方面。

（一）模型建構

模型是指人在對事物的認知過程中，為了更加形象生動，將客觀事物進行加工建立起能夠反映事物本質和聯系的抽象物質。模型能夠化繁為簡，將深奧而抽象的物理概念、理論具體而又準確地表達出來。在遇到繁難復雜的問題時，根據研究目的將研究對象進行簡化和類比、抽象和概括的過程就是建構物理模型的過程。模型建構是科學思維的基礎，在這一過程中需要學生具備建構理想模型的意識和能力，不斷加深對自然本質的理解。所以幫助學生認識到模型建構在物理研究中的重要作用，掌握常見的物理模型，對學生科學思維的發展尤為重要。

（二）科學推理

科學推理是物理學科科學思維的重要組成部分，是以物理學的知識理論為基礎，對事物的規律進行分析、推導、下結論的方式。科學推理既包含通過歸納物理現象形成物理概念和規律的歸納過程，也包括對物理概念和規律的應用過程。科學推理能力要求學生依據已掌握的物理知識，在復雜錯綜的現象中分析推理，從而推斷出事物間的本質聯系。合理的推理是解決問題的關鍵，推理的過程是學生思維的顯性反應。科學推理作為初中物理學習過程中學生必不可少的環節，不僅在物理學科的學習中占據重要地位，同時也能促進學生對其他學科的學習。

（三）科學論證

科學論證是基于推理而后進行論證，它的結構要素包含觀點、與觀點相關的證據以及聯系觀點和證據的推理，即科學論證是通過對事物的分析概括、推理判斷后總結出論據以證明或反駁物理觀點的活動。科學論證是同科學推理緊密聯系的思維過程，在科學論證中，學生需要以物理知識為基礎，對物理觀點進行解釋說明，或對他人的觀點進行批判和質疑，并能夠進行合乎邏輯的表達。科學論證有助于學生提升科學推理能力、科學探究能力，因此，在教學過程中，教師應注重學生科學論證能力的培養，讓學生多體驗科學論證的過程，引導學生在此過程中形成運用科學證據進行合理解釋的意識，掌握分析處理科學證據的方法，同時培養學生實事求是的科學態度。

（四）質疑創新

質疑是指學生根據自身掌握的知識，對其觀察的現象或者接觸的現有結論的準確性產生疑問。創新是一種能力，能夠解決他人無法解決的問題。質疑創新要求學生具有批判性思維意識與創造性思維意識，要做到敢于質疑、勇于質疑。但不是無腦質疑，而是依據一定的知識或數據，對相悖的觀點進行大膽反思，追求變革和創新。質疑和創新是一個整體，是科學思維的重要組成部分。初中物理教師在教學過程中應注重培養學生質疑與創新意識，通過挖掘教學資源，探索出培養學生質疑創新能力的方法，促進學生對物理概念、規律的理解內化，培養創新型人才。

二、 初中物理教學中學生科學思維的培養

（一）生活情境再現

物理知識源于生活，知識的應用又能輔助于生活。例如人們能夠通過太陽能發電站和風力發電站將陽光和風轉化。基于此，在物理教學中，教師可以結合生活實際，調動學生的科學思維，在提高學生物理知識理解力的同時，實現對學生科學素養的培養。以教學“摩擦力”為例，教師可以利用生活情境展示相關內容，引導學生開動腦筋觀察和處理問題。導入環節，教師準備一瓶水果罐頭，提前在蓋子邊緣抹上潤滑油，讓學生嘗試擰開蓋子，在學生失敗后，再讓學生思考解決辦法，學生會想到用布擦掉潤滑油或換一個力氣更大的學生再試一次。這樣以生活情境導入新課，對探究滑動摩擦力的因素實驗做了充足的鋪墊，學生會在猜想環節更容易想到接觸面粗糙度和壓力的大小。利用生活情境，讓學生回憶和思考里面蘊含的物理規律，激發學生的好奇心去用物理知識解決相關問題，是培養科學思維的基礎。

（二）課上提問層層遞進

在研究物理知識時，對單一難點的處理辦法是將其分割成若干中等難度的知識點，再進行逐個研究。學生需要在教師的引導下，對各部分知識和難點進行逐個思考研究，再將各個結論或規律整合到一起，形成一套完整的方法或成果。教師通過課上提問，設層層遞進的問題鏈，引導學生進行科學推理，培養學生的科學思維。以教學“測量電阻的阻值”為例，基于學生已經學習了電流表、電壓表、滑動變阻器的使用方法，也學習過歐姆定律，教師可以從實驗原理出發提問，再到器材、電路圖、實驗表格、安全注意事項等。

師：同學們，想要計算電阻的阻值，我們需要哪些物理量？怎么計算？

生：電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，電阻等于電壓除以電流。

師：在實驗的時候我們用什么來測量電阻兩端的電壓和通過電阻的電流？

生：用電壓表測電阻兩端的電壓，用電流表測通過電阻的電流。

師：如果想要進行多次測量，在電源電壓固定的情況下，怎樣改變電阻兩端的電壓？

生：用滑動變阻器與待測電阻串聯，調節滑動變阻器的阻值來改變電源電壓的分配比例，從而改變待測電阻兩端的電壓大小。

師：在連接電路的過程中，開關要處于什么狀態？

生：在連接電路的過程中，開關要處于斷開狀態。

師：在連接好電路后，開關閉合之前，滑動變阻器的劃片要調到什么位置？

生：在連接好電路后，開關閉合之前，滑動變阻器的劃片要調到最大阻值處。

通過上述提問，教師將學生的思維從最初的實驗目的，引導到實驗原理，再到器材、方法、步驟等，層層遞進的問題鏈，培養了學生邏輯推理的能力和科學思維能力。

（三）構建模型和應用模型

初中生的邏輯思維正處于從形象思維過渡到抽象思維的重要時段，其中生活中和在學校里見到的物理現象是形象思維的素材，也是構建抽象思維的基礎。物理模型體現了抽象思維，建構物理模型，需要學生根據真實具體的物質或物理現象，提煉出其中的核心特點，包括外形特點或其他規律性特點，在腦海中打造出一個抽象且鮮明的物質形象或物理規律。以教學“大氣壓的測量——托里拆利實驗”為例，需要學生構建物理模型，選取“A液片”作為研究對象，作受力和壓強分析。“A液片”受到向下的壓力壓強，其來源是試管內的水銀柱；“A液片”受到向上的壓力壓強，其來源是經過水銀槽內水銀傳導過來的大氣壓強。故：p0=p汞=ρ汞gh汞，選取“A液片”作為研究對象和對“A液片”的壓力壓強分析以及所推理得到的物理規律，都是物理模型的構建過程。（圖1）

完成物理模型的構建能夠鍛煉學生的邏輯思維能力，而物理模型的應用能夠加深學生對模型的理解，培養學生的科學思維能力。

比如，自制氣壓計實驗中，如圖2所示，選取“A液片”作為研究對象構建模型，作受力和壓強分析。“A液片”受到向下的壓力壓強，其來源是試管內水柱和水柱傳導下來的大氣壓強；“A液片”受到向上的壓力壓強，其來源是經過密封瓶內水傳導過來的瓶內氣體壓強。故：p水柱+p0=p內氣，根據密封瓶內氣體壓強p內氣恒定不變，隨著海拔升高，大氣壓強p0減小，則水柱產生的壓強p水柱增大，即水柱升高。

物理模型的構建過程需要以生活現象或實驗為素材基礎，同時需要教師的引導，而物理模型的應用，更能加深學生對物理模型和物理規律的認知，有助于學生從復雜的物理現象中抽絲剝繭，找尋到核心規律，是培養學生科學思維的重要途徑。

（四）物理實驗探究真理

初中物理探究實驗包含提出問題、猜想假設、設計實驗、進行實驗并收集數據、分析論證、評估交流等環節。其中“提問環節”“設計環節”“分析論證環節”能充分地鍛煉學生的質疑創新、科學論證、科學推理能力，因此利用物理實驗探究過程，能夠培養學生的科學思維能力。

以教學“動能”為例，教師可以展示低速大貨車和高速小轎車的剎車距離的視頻，由此先讓學生猜想動能的決定因素，教師引導學生排除重復和不適合探究的猜想，選擇合適的猜想進行探究實驗，提問和猜想環節就是質疑和創新的過程。再讓學生討論實驗原理和過程，利用現有的器材對比小球的動能，控制“質量”和“速度”，體會控制變量法的作用，培養學生科學推理的能力。另外，讓學生設計一個能容納上述物理量的表格，最后讓學生討論分析數據，論證動能的決定因素，培養學生科學論證的能力。

在進行物理實驗的過程中，每個環節之間有因果先后聯系，同時側重不同，這有助于培養學生的物理學科核心素養。

（五）課后拓展整合提升

初中物理課后拓展不僅僅包含課后作業，更重要的是留給學生思考和創新的拓展性知識內容，引導學生開展課后的實踐活動。通過課后實驗幫助學生提高實踐能力和思維能力。

比如“自制潛望鏡”，首先教師可以把實踐活動的材料給學生，鼓勵學生在課后進行收集資料，然后將潛望鏡的設計圖或者視頻提供給學生，讓學生在課余時間進行制作，在制作的過程中可以詢問教師，也可以通過網絡進行學習。其次，教師可以將學生制作的潛望鏡在班級角落進行展示，增強學生的成就感和滿足感。

三、 結論

初中物理教學中，通過情境再現、課上提問、構建模型、物理實驗、課后拓展五個途徑，不僅能夠提高教學效率，還能鍛煉學生模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新的能力，從而提高學生的物理學科核心素養。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：人民教育出版社，2022.

［2］羅卓君，許溜竦.初中物理教學中學生科學思維能力培養策略分析［J］.廣西物理，2022，43（4）：147-149.

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