高中物理教育中培養(yǎng)學生科學思維的方法研究

摘 要：高中物理教學是培養(yǎng)學生科學思維的重要途徑，因此，教師要對當前高中物理教學進行分析，并對現(xiàn)有問題加以改進，如過于注重理論知識傳授、教學方法固定化、個性化培養(yǎng)缺失等。在高中物理教學中，對學生進行科學思維培養(yǎng)，不但能有效提高本學科的教學質量，還能促進學生全面發(fā)展。

關鍵詞：高中；物理教育；科學思維

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 2097-2539（2024）16-0106-03

隨著新課改不斷推進，如何提升學生學科核心素養(yǎng)已成為高中物理教學的重點。高中物理學科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究及科學態(tài)度與責任，科學思維的培養(yǎng)是高中物理教學中的重點，對學生未來的社會適應力及跨學科發(fā)展有著重要意義。通過科學探究、科學計算及用科學方法解決物理問題，學生能夠學會對同一學習對象進行多元思維推理，具備對物理知識點舉一反三的能力，并能透過物理現(xiàn)象洞察本質，從而深化對知識點的理解。

一、高中生物理科學思維的主要特點

對于高中生而言，雖然他們對物理現(xiàn)象及實驗操作很感興趣，但由于學生觀察能力有所欠缺及注意力不集中等問題，在物理學習中，他們不知道如何記錄及分析數據，有時還會漏掉實驗的重點內容。再者，高中物理教學內容的難度呈螺旋式上升，對于物理基礎薄弱的學生來說，學習起來會比較有難度。并且，部分學生對物理模型的建構水平有待提高，難以透過現(xiàn)象看本質，無法深入理解所學物理內容。

此外，當前大部分高中生在物理學習上過于依賴教師，其思維易受教師影響，而教師也很少鼓勵學生提出獨特見解，這導致學生的創(chuàng)新思維能力不足，對物理知識缺乏科學探究精神，如此一來，學生的科學思維能力也很難得到提升。

二、高中物理教育中培養(yǎng)學生科學思維的方法研究

（一）創(chuàng)設情境，引導學生積極探究

高中物理教師可以以教學知識點為核心，構建使學生易于接受及理解的生動情境。例如，借助物理學歷史故事，通過多媒體視頻展示，或組織學生開展物理試驗等方式，激發(fā)學生的好奇心。通過相關情境的構建，對學生的思維進行啟發(fā)，幫助他們打開不一樣的思路，讓學生在輕松愉悅的氛圍中更好地學習物理知識。

例如，在魯科版高中物理必修第一冊第一章第二節(jié)“質點和位移”的教學中，教師可以將生活中常見的場景引入教學，如奧運會中的跳水運動員，馬路上高速移動的汽車及冰壺運動員所操控的冰壺等，并讓學生描述這些物體是如何運動的。接下來，教師可以引導學生分析這些物體在不同場景下的同一特征，幫助學生建立物理概念，分辨物理知識點的本質特征。教師可以引導學生觀察跳水運動員從跳臺起跳至入水的一系列動作，以及冰壺在冰面上滑行的時間與速度等現(xiàn)象，進而提出疑問：“在這些情境中，物體的重量是否需要計入其中呢？”以此為契機，為學生引入“質點”的概念。當學生掌握“質點具有質量，但沒有體積和形狀。位移作為矢量兼具大小與方向”，的基本概念后，教師可以引導學生，對知識點中的關鍵詞進行進一步細化及解析，將可能混淆的相似概念進行一一比較，幫助學生鞏固所學知識，加深對于“質點和位移”的印象。例如，教師可以提問：“地球要自轉，還要繞著太陽公轉，研究公轉時是否可以將地球看作質點？”或者“如果我們要研究一列高鐵從北京去武漢的時間，那么高鐵是否能夠被當作質點來看待呢？”。教師應多設置此類包含混淆因素的問題，鼓勵學生獨立思考或進行小組合作討論，以此強化他們對物理概念理解的思考。

（二）通過類比分析，培養(yǎng)學生嚴謹的科學思維能力

教師應將物理知識點進行關聯(lián)，幫助學生找出其中規(guī)律，明確不同點，將物理新知識與已掌握的知識進行緊密聯(lián)系，并將其應用于實際生活中。例如，在魯科版物理選擇性必修第一冊第一章第一節(jié)“動量和動量定理”的學習中，教師不但要教會學生用動量定理表達式解題，還要結合生活中的現(xiàn)象，使學生能夠將所學知識運用于生活中。對此，教師可以向學生展示多把軟硬程度不同的錘子，并向學生提問：“哪幾把錘子能夠將釘子打得又快又牢？”基于這一生活化的問題，教師可復述相關知識點：“錘子是動量定理的研究對象，我們要對錘子的受力進行分析，再利用牛頓第三定律去計算釘子的受力，在計算的過程中，我們還要考慮到重力對錘子的影響”，通過層層引導，培養(yǎng)學生的科學思維能力。此外，一些生活中的其他例子，也都可以引入進高中物理課堂，比如滑冰運動員的護膝、桌角防護軟膠及空間艙返回地球等案例，這些案例都可以運用到動量定理，進而幫助學生鞏固知識點。

（三）在物理實驗課中培養(yǎng)學生的科學思維能力

物理實驗教學是高中物理教學中不可或缺的一部分，通過實驗，學生能夠直觀地感受物理規(guī)律及物理現(xiàn)象的發(fā)生過程。物理實驗還可以為學生創(chuàng)造更加真實的探究環(huán)境，學生需要在實驗中細心觀察，對各種實驗數據進行對比，他們的動手操作能力也能得到大幅度提高。因此，在實驗教學中，教師要鼓勵學生親自動手設計實驗，并對實驗數據進行記錄及分析，進而培養(yǎng)學生的思維能力及實操能力。

例如，在魯科版教材選擇性必修第一冊第四章“光的折射”教學中，教師可以對學生進行分組，每個小組5～7人，A小組準備紙杯和硬幣，B小組準備筷子和水杯，A小組將硬幣放在杯底，這時候所有人看不見硬幣，而加水后硬幣能夠被看見；B小組將筷子放入水中，大家驚訝地發(fā)現(xiàn)筷子居然好像“彎折”了一樣。對此，教師可以引導小組去分析其中可能包含的物理原理，分析“為什么本來是直的筷子，放入水中居然看起來是彎折的呢？”當學生嘗試從物理學角度分析“光的折射”時，課堂氣氛將變得異常活躍。接著教師可以按照教學預案，將實驗更進一步。教師可以準備一張硬紙板，一個激光筆及一個大水缸，讓學生觀察“一束激光斜射入水中，折射的光線在紙板的什么位置，通過調整激光筆，再看看光線是否和預想的一樣？”通過觀察，學生可以對看到的光線折射進行作圖，借助已掌握的物理知識，對光的折射特點進行分析。通過小組合作探究，學生的語言表達能力、客觀事物分析能力及數據總結對比能力都能得到提高。在分組進行實驗的過程中，教師需讓學生明晰自己需要觀察什么、記錄什么，讓學生帶著問題進入實驗。在實驗過程中，教師還可以穿插對“光的折射”知識的講解，讓學生在下堂課準備更多的實驗材料，為“光的折射”現(xiàn)象創(chuàng)造更多可能性的實驗內容，同時也能培養(yǎng)學生的科學思維。此外，還可以鼓勵學生與家長一起設計與“光的折射”有關的實驗。在課后，家長可以和學生來到草地上，準備一張紙、一支記號筆、一個圓形玻璃杯和一瓶礦泉水，家長在紙的上部和下部畫出兩個箭頭，箭頭指向同一方向，接著學生在玻璃杯內加入礦泉水，在倒入的過程中家長將畫有箭頭的紙放置在玻璃杯后，通過移動紙張，學生驚訝地發(fā)現(xiàn)，箭頭指向了相反的方向。通過與家長的互動，學生能夠將在物理課堂上所學習的知識又復習一遍，加深記憶。

（四）在物理習題中培養(yǎng)學生的科學思維能力

當學生具備了一定的物理知識儲備后，教師可以對學生開展習題教學，重點針對教學難點、考試難點及綜合應用題目進行演練。值得注意的是，切不可讓學生陷入題海戰(zhàn)術，因為大量重復的刷題，只會磨滅學生的物理興趣，在題海中學生容易迷失方向，當遭遇到連續(xù)的難題后，他們的物理學習信心也會備受打擊。在進行習題練習之前，教師要引導學生審題，找出題目的重點，在心中建立物理模型。例如，“光滑條件”的意思是“沒有摩擦力”，“剛好”則表示處于臨界狀態(tài)。為了培養(yǎng)學生科學建構物理模型的能力，教師還要教會學生如何作圖，因為圖形相對于文字，更加立體化、直觀化，通過作圖，學生的思路能變得更加清晰，同時，由于學生參與了作圖的過程，其能將圖中的各種物理量與題目順利聯(lián)系起來。在作圖之前，教師要讓學生在心中完善解題思路后再開始計算，整個過程要循序漸進，不可草率計算，否則容易出錯。在習題教學中，很多典型題目都能夠對學生提出多重考驗，因此要培養(yǎng)學生“一題多解”的能力，幫助學生發(fā)散思維，找到題目的不同解法。在習題教學中，部分學生追求速度而忽視檢驗，這種缺乏嚴謹的科學態(tài)度會導致學生反思能力不足。對此，教師應教導學生每做完一道題，就要對題目的答案進行二次驗證，對題目所涉及到的知識點及解題方法進行反思，回想自己是否少了哪個步驟，回想有沒有更好的思路。

以魯科版物理必修第一冊第五章“牛頓第一運動定律”教學為例，這一主題的習題不在于多，而是為了讓學生記住“物體不受力運動規(guī)律即牛頓第一運動定律”。題目設計可從基礎出發(fā)，如“物體靜置于桌面，撤去所有外力后會怎樣？”延伸至“太空中的宇航員在失重狀態(tài)下，身體是否仍具慣性？”再至“歌曲《讓我們蕩起雙槳》蘊含了哪些物理知識？”在解答這些問題時，學生要分析問題的相似性及區(qū)別，運用所學知識進行解答，由此，他們的科學創(chuàng)新能力及思維靈活度也能得到大幅度提高。

（五）鼓勵獨立探究，激發(fā)學生的創(chuàng)新動力

在高中物理學習中，培養(yǎng)學生的思維創(chuàng)造力非常重要。因此，教師要有目的性刺激學生的求知欲，鼓勵他們對未知的領域進行自由探索。俗話說“興趣是最好的老師”，在高中物理教學中也是如此，教師要利用好網絡平臺的各類資源，不管是圖書、實驗視頻還是關于物理學的各種短視頻等，研究每位學生對于物理的興趣點，讓學生對自己感興趣的問題進行積極探究。在學生自主的學習過程中，教師可以讓學生制訂個人成長計劃，如根據自己的興趣愛好制訂學習目標，目標的完成情況及各項指標以周、月、年的方式呈現(xiàn)。此外，教師還要鼓勵學生在物理學習中大膽提出質疑，并勇于自主探究。

以“牛頓第一定律”教學為例，教師可以在課前讓學生觀察“推箱子”“敲鐵釘”“踢球”“打籃球”及“開車”等生活中常見的現(xiàn)象，讓學生分組討論“物體在運動的時候，需要哪方面的力去維持？”接著為學生展示伽利略的理想實驗，讓學生在推理過程中理解伽利略的觀點。當學生通過一系列的實驗及教師的講解，了解到“慣性”的概念及“慣性僅與重量有關”后，則可以通過作圖或相關實驗的設計，去驗證教學中的這一知識點。由此，在對新內容進行設計及創(chuàng)造的過程中，學生的科學思維能力得到了培養(yǎng)。

三、結語

物理作為一門基礎科學，在高中課程體系中占據了重要地位。因此，家長、社會、學校都要認識到物理教學的重要性。在新課標不斷推進的當下，運用多元化教學手段，對學生科學思維進行培養(yǎng)，能夠為社會培養(yǎng)出更具創(chuàng)新能力的綜合型人才。在科學思維的指導下，學生在未來的學習和工作中也能得到可持續(xù)發(fā)展。

參 考 文 獻

[1]郭容均.應用高中物理教材插圖培養(yǎng)學生科學思維實踐研究[D].四川師范大學，2023.

[2]李帥.核心素養(yǎng)視角下高中物理規(guī)律教學中科學思維培養(yǎng)的研究[D].聊城大學，2023.

[3]鄭麗娜.高中物理中的科學思維培養(yǎng)[C].//教育理論與教學研究論壇論文集.2023.

[4]謝佳瑩.以質疑-論證教學提升高中學生批判性思維的實踐研究[D].浙江師范大學，2023.

[5]孟麗萍.基于核心素養(yǎng)的高中物理實驗教學研究[J].數理天地（高中版），2024（08）.

（責任編輯：祁麗珠）