核心素養培養下高中物理教育中的科學思維發展策略

【摘要】物理學科核心素養概念為高中物理課程改革指明了方向，而學生科學思維的培養，則以物理學科的本質為基礎，注重開發學生的自主探究能力與思維潛力，利用多種教學媒介，幫助學生深層次建構物理知識體系.學生科學思維的發展是物理學科核心素養培養的具體表現，本文基于高中物理學科核心素養培養要求，以深入高中物理實踐教學為主要方式，將學生物理科學思維發展作為主要目標，探究思維型教學策略，以期能夠為物理教師教學提供有效幫助.

【關鍵詞】核心素養;高中物理;科學思維

基于《高中物理新課程標準（2022版）》教育要求，物理課程應注重科學知識的傳授和技能訓練，對學生終身學習的愿望、科學探究的能力、創新意識和科學精神進行全面培養.新課標凝練了物理學科核心素養，并將科學思維作為物理學科核心素養培養的關鍵因素，這就要求物理課程能夠貼合學生的實際生活，課程建設結合“自然物理”和“生活物理”等思想，讓學生經歷真實的科學實踐探究活動，使學生由“知道”“理解”學習結果，逐步轉化為真實具體描述出學習的過程性結果，進而基于新課標核物理學科核心素養培養要求，結合過程性描述、分析、實踐探究和結果討論分析過程等，將科學思維滲透到日常教學中去，轉換學習角色，以有效地引導教學策略，創建和諧的課堂教學氛圍，培養學生的高階物理思維，提升其問題意識與解釋能力，將科學態度與社會生活進一步結合，以此來激發學生內在學習動機，提高學生的思維發展水平，促使學生在知識運用中完成知識遷移，用物理知識來解決實際問題，并形成正確的物理學習觀.

1 物理科學思維的內涵與建構路徑

1.1 物理科學思維的內涵

基于課程標準對教師的具體要求來理解高中物理科學思維的內涵，將模型建構、科學論證與推理作為物理科學思維培養的重要內容，其主要目的是通過質疑——批判——創新的學習過程，提高學生對物理知識的抽象和概括性理解，同時通過推理與歸納的學習過程，促使學生在利用類比、控制變量、極限和比值定義等科學方法的同時，以理解為基礎、分析為提升、探究為發展、歸納總結為延伸，能夠利用物理公式和圖象來對具體的物理現象和原理進行描述.對于理解物理科學思維內涵的重要性，可以基于華東師大郅庭瑾教授提出的“人之所以為人，在于人有思維”的觀點，在核心素養教學要求的背景下，高中物理教育中學生的學科思維培養具有積極意義.

1.2 物理科學思維的一般建構路徑

心理學家赤瑞特拉關于教育的著名心理學實驗指出，通過多樣性的感官影響而獲得的信息，比單純聽課的效果要好得多.感官影響可以通過聽講、觀察、探究和互動等多種不同的交互性場景來完成，以有效提高學生對知識的理解程度，知識的保持效果也要遠遠高于一般的聽課學習.基于建構主義教學思想，教師應為學生提供良好的物理學科知識學習平臺，創建和諧氛圍與問題情境，以引發學生問題沖突為基礎，啟發學生思考具體問題，以此來使學生在學習基礎性物理概念與公式后，主動進行延伸性的知識建構.由此可以發現，學生物理科學思維的建構首先建立在建構“思維型課堂”之上，通過情境創設——觀察分析——問題發現——探究學習——合作分享——互動反思——遷移應用等路徑，對學生的物理科學思維進行啟發和綜合性培養.

2 核心素養培養下高中物理教育中的科學思維發展策略

2.1 理論結合實際生活情境創設，感知物理現象并形成物理概念

教育學家夸美紐斯認為“一切知識都是從感官的知覺開始的”，結合實踐物理課程教學可以發現，多種感官參與的教學過程更容易形成直接經驗，通過使學生產生直觀的課堂學習體驗，將豐富的表象素材積累在腦海中，進而深入開展探究物理知識本質的學習活動.在高中階段，教學時間緊、任務重，因此容易出現片面的教學觀與教學方法，如教師直接將未經任何處理的物理知識與概念灌輸給學生，對于抽象性物理概念與問題，灌輸式教學中學生以死記硬背為主，物理科學思維難以發展，學生無意義地學習，缺少了從原始具象中探究物理知識本質的學習過程，在面對復雜學習情境時，缺乏豐富的思維材料與情境，難以利用物理知識來解決實踐問題，容易導致學生科學思維停滯不前，因此，在實踐教學的過程中，教師應對物理概念與抽象性知識進行拆解劃分，有計劃有技巧地篩選教學資源，以將物理觀念具象化為教學目標，并利用圖片與視頻適度對物理知識進行解釋，將物理課堂教學內容與學生實際生活場景進行緊密聯系，進而促使學生感知并理解物理現象，促進自身物理科學思維的發展.

例如 在教學“曲線運動”時，將曲線運動的物理概念與知識具象化，以日常生活中常見的“扔飛鏢活動”創設情境，豐富學生的多感官體驗.組織學生進行扔飛鏢的比賽活動，并用手機視頻錄像功能記錄學生扔飛鏢過程中飛鏢的運動路線，以慢鏡頭拆解的方式制作曲線運動視頻，并利用多媒體展示視頻內容，引導學生思考飛鏢曲線運動的軌跡特點，通過活動化的學習使學生自主發現飛鏢的運動軌跡是曲線.教師引導學生思考生活中與飛鏢運動軌跡相同的物體，激發學生對曲線運動的思考.如盤山公路上的汽車運動過程、被高高拋起的籃球、羽毛球的運動軌跡等.最后由教師以多媒體圖片和視頻的方式，展示與物理相關的抽象化的曲線運動過程，豐富學生對曲線運動的物理化認知，如地球的公轉、核外電子繞核高速運轉軌跡以及游樂場的海盜船運動軌跡等.以日常生活、微觀世界、體育賽事等多樣化的思維材料，引導學生提取多種運動表象的本質，進而對曲線運動的概念進行綜合概括.

2.2 問題鏈的設計引導自主建構，提高學生模型建構與推理能力

科學推理是建立在對客觀科學知識理解與科學規律的現實分析基礎之上的，學生通過對物理知識的分析、綜合化學習形成新結論，科學推理則是學生物理邏輯思維發展的具體表現.實踐教學過程中，現實條件復雜多變，高中物理學科教學應更加注重知識的內在聯系，以知識邏輯性串聯的方式，促使學生科學地推理學科概念與規律性內容，以顯化科學思維的方式，如問題鏈師生對話設計，形成思維層面的教學互動，幫助學生進行物理知識的推理與知識自主化建構.

例如 在教學“功”的一般表達式相關內容時，教師首先應為學生營造問題情境，以常見的生活場景為基礎設計問題鏈，將課本水平放置在講臺上，假設用水平力F1拉動書，在講桌上移動了X距離，求解拉力對書本所做功的大小？當我們換一個角度，在書本運動過程中，假設講桌對書本的支持力為N，你能求解出N的具體數值嗎？以拉力F2斜著拉住書的一角，拽動書本滑行X的距離，你能計算出拉力F2對書本做了多少功嗎？前兩種情況屬于常規計算，學生很容易理解，引導學生將第三個問題轉化為前兩種情況，進而構建并完善它的一般表達式.

從一般結論推導特殊的情況，從演繹推理的角度出發，建立小前提與大前提之間的關系，并將其作為歸納推理的逆過程.再如引導學生探究“自由落體運動的位移與時間關系”時，問題鏈設計以自由落體運動的受力情況為主，引導學生回顧舊知結合實際生活探究自由落體運動與哪種運動情況相似，并判斷其位移時間關系，總結歸納自由落體運動的時間與位移的關系，建構自由落體模型，培養學生的科學思維與問題推理能力.

2.3 SNP模式教學實踐應用設計，培養學生問題論證與思維能力

基于大概念引領設計以SNP教學模式為主的實踐性問題，需要教師明確某一節課的物理驅動問題主線，并以科學論證與建模為核心，建立教學支架.主張讓學生通過參與科學建模與論證的過程來對自身的科學思維能力進行綜合培養.SNP教學模式與傳統教學模式相比有著較大差異，在學習過程中轉換了角色，即學生是課堂學習的引導者和組織者，教師作為學生學習的輔助者，以提供幫助為主，幫助學生進行大概念的知識建構.高中物理SNP模式教學實踐應用設計一般包括四個步驟，一是大概念的劃分，以簡潔的綜述來匯集物理學科特定領域的基礎知識，如物理中關于速度的基礎知識，速度、速率、最大速度、平均速度、瞬時速度、加速度等；二是驅動問題，即通過提出問題來引導學生討論并探究某一物理事件或情況因素的方式，如牛頓從蘋果落地現象發現了“萬有引力定律”，奧斯特從通電在導線下小磁針的偏轉現象發現了電流的磁場等；三是科學建模，針對復雜和看不見的抽象性物理問題，建設簡約、可視化和假設化的模型，將抽象與復雜的物理簡化，并提煉出具有假設性表征的表達形式；四是科學論證，即針對問題進行觀點性回應，引導支持學生通過證據探究，對課本內容與學習資料進行解讀與分析，進而得到有意義的研究結論，其中科學建模與科學論證互腳手架關系，二者相互影響又相互促進.

例如 在教學”牛頓第三定律”時，教師首先建立驅動性問題，播放拔河比賽相關視頻，并進行提問：如果班級要參加拔河比賽，你會選擇誰去參加，說說你的選擇依據.學生普遍會選擇力氣大的或選擇重量大的，教師帶領學生走出課堂，分小組進行實踐拔河比賽演練，并在拔河比賽的過程中，對拔河隊員的受力進行分析，得出最大靜摩擦力的一方更容易獲勝的結論，而最大靜摩擦力的最大影響因素是重量，因此應選擇體重比較大的學生.在實踐驗證的基礎上引導學生思考，相互作用力有什么特點，為學生小組分發實驗包，并以小組為單位利用彈簧測力計等實驗器具建立實驗研究模型，鼓勵學生提出論點并進行實踐驗證.得出論點為相互作用力大小相等，方向相反且作用在同一條直線上，論據則為以彈簧測力計進行實驗，顯示數值大小相等.經過班級小組模型的實驗演示與口頭論證，選擇最適宜的力的平衡展示模型，促使學生在學習相互作用力知識點的過程中，以展示論據和聽取他人論據的方式，提升自身的論證能力，復習彈簧測力計的典型錯誤用法，培養學生的物理辯證思維能力.最后教師幫助學生總結相互作用力的特點，并與平衡力的特點進行比較，鼓勵學生自己建立模型，明確相互作用力與平衡力的性質關系與差別，打破原有認知沖突，加深學生的課堂學習印象.

3 結語

總而言之，基于高中物理學科核心素養教學要求，教師應對科學思維型教學內涵進行深入解讀，并基于認知沖突、知識遷移、自主建構和模型探究等教育理念，延伸出生活情境創建、問題鏈教學設計與SNP模型教學，以此來提升學生的科學思維與探究能力，培養學生的物理學科態度，促使學生產生積極的內部學習動機，進而在物理概念建構、規律方法總結、思維拓展延伸與綜合能力的發展的基礎上，內化物理思想、知識與規律，并完善自身認知結構，進而綜合提升學生的物理知識學習能力，對學生的物理學科素養進行全面培養.

參考文獻：

［1］秦基強.核心素養視域下的高中物理教學策略研究［J］.數理化解題研究，2023（33）：87-89.

［2］陳凱建.核心素養視角下的高中物理高效教學對策分析［J］.求知導刊，2023（21）：92-94.

［3］鄧聞天.核心素養導向下的高中物理教學設計——評《核心素養導向的高中物理教學設計》［J］.中國教育學刊，2023（07）：153.

［4］李梓銘.基于核心素養的高中物理情境化問題教學策略研究［D］.揚州大學，2023.

［5］周慧.基于核心素養的高中物理思維型教學策略研究［D］.揚州大學，2023.