高中物理教學中利用支架式教學法培養學生科學思維能力探究

摘 要：隨著教育改革的深化，高中物理教學也在積極探索新的教學模式，以更好地培養學生的科學思維和創新能力。支架式教學法作為一種基于建構主義的教學模式，逐漸受到物理教育界的重視，教師通過設計和提供問題、實驗等支架，引導學生在自主探究和合作學習中構建知識體系。本文旨在探討支架式教學法在高中物理課堂中的應用策略，分析其在培養學生科學思維能力方面的優勢，為物理教學提供新的思路和方法。

關鍵詞：支架式教學法；高中物理；科學思維能力；建構主義；探究性學習

傳統的高中物理教學多采用“灌輸式”，雖然能夠快速傳遞知識，但難以培養學生的探究精神和科學思維。隨著教育改革的推進，培養創新型人才成為教育的重要目標，探究性學習逐漸受到重視。支架式教學法作為一種以建構主義為基礎的教學模式，強調在教學過程中為學生提供適當的支持與引導，幫助學生自主構建知識體系，有助于學生構建屬于自己的認知結構，最終實現學習目標。探索支架式教學法在高中物理課堂中的應用策略，對于提升教學質量和學生的科學思維能力具有重要意義。

一、支架式教學法在高中物理課堂中應用的意義

（一）有利于創新物理教學方式

利用支架式教學法，教師能夠為學生提供一個結構化的學習框架，引導學生逐步解決復雜問題。以“探究自由落體運動”為例。教師通過多媒體演示自由落體的基本概念和運動規律，然后設置若干層次遞進的實驗任務，讓學生自主進行實驗、記錄數據、分析結果。在此過程中，教師通過提問、提示和反饋等方式，幫助學生理解并應用物理知識，提升了學生的自主學習能力和實驗操作技能，培養了學生的科學探究精神和創新思維，使物理學習過程更加生動、有趣和富有挑戰性。

（二）有利于提高創新思維能力

支架式教學法在高中物理課堂中的應用有利于發展并提高學生的創新思維能力。例如，在“電磁感應現象”的學習過程中，教師可以先通過演示實驗引導學生觀察電磁感應現象，然后提出問題讓學生思考和討論，如“如何增加感應電動勢”。接著，教師布置一些開放性任務，鼓勵學生設計并進行不同條件下的實驗，探究影響感應電動勢的因素。在此過程中，學生需要運用已有的物理知識，并通過不斷實驗和調整，尋找最佳的解決方案。教師通過提供適時的引導和反饋，幫助學生突破思維定式，激發學生的創造力和想象力，使學生在解決具體問題時能夠靈活運用知識，培養了學生的批判性思維和創新能力，使學生在面對未知問題時更加自信和從容。

二、支架式教學模式在高中物理教學中應用遵循的原則

（一）以學生為主體原則

支架式教學模式下，教師的角色從知識的傳授者轉變為引導者和支持者。例如，在學習“牛頓運動定律”時，教師首先通過實際生活中的實例，如汽車啟動和停止的過程，引導學生提出問題和假設，然后分小組進行探究活動。學生通過實驗和觀察，收集數據、分析結果，并自主得出結論。在此過程中，教師僅在關鍵時刻提供必要的支持和指導，幫助學生克服學習障礙，通過小組合作，學生的溝通能力和團隊合作精神都得到了鍛煉。以學生為主體的原則，尊重學生的個體差異和學習需求，使每個學生都能在自己的節奏中深度學習，從而有效提升物理教學效果[1]。

（二）以問題為中心原則

以問題為中心原則通過提出引人深思的問題，激發學生的學習興趣和探究欲望。如在學習“功和能量”這一章節時，教師可以提出問題：“為什么滑雪運動員在下坡時速度會不斷加快？”學生在探討這個問題時，會自然而然地涉及重力勢能、動能轉換等概念。接著，教師可以設計實驗，讓學生模擬滑雪場景，測量不同坡度和高度對運動員速度的影響，收集和分析數據。在這個過程中，學生通過解決問題來理解和掌握相關物理知識，培養了學生的邏輯思維和科學探究能力；教師則在適當的時候提供引導，幫助學生理清思路、解決困難。以問題為中心原則，不僅讓學習變得更加有趣和具有挑戰性，還促使學生在實際問題的解決過程中深化對物理知識的理解和應用。

三、支架式教學法在高中物理課堂中應用的策略

（一）巧搭問題支架，激發深度探究欲望

教師合理搭建問題支架，引導學生超越傳統的知識傳授，激發其探索的興趣和欲望，強調學生的自主探究，培養其問題解決能力和科學思維，使學習過程更富有深度和意義。支架式教學的核心在于如何巧妙地設計問題支架，以引導學生深入探究。例如，在高中物理“電磁波的產生”教學中，教師可以選擇這一問題支架：如何解釋電磁波的傳播機制？通過這個問題，引導學生思考電磁波產生背后的基礎物理學原理和數學模型，激發其探索波的特性、頻率和能量傳輸的深度欲望。教師還可以設計實驗和案例分析，幫助學生理解電磁波產生的具體過程，從而深入探討電場和磁場之間的相互作用以及電磁波的傳播特性。

教師還可以提問：如何應用電磁波技術解決實際問題？通過這個問題，引導學生探索電磁波在通信、醫療和科學研究中的應用，從而激發其探究不同波長和頻率對應用效果的影響的欲望。教師可以組織學生進行調研和小組討論，鼓勵學生探索電磁波技術在現代社會中的廣泛應用和未來發展方向，培養學生批判性思維和創新能力。在支架式教學模式下，學生不僅能夠深入理解電磁波的產生原理和應用，還能在實踐中培養解決復雜問題的能力，為其科學探索之路奠定堅實的基礎[2]。

（二）構建實驗支架，理解知識發展過程

教師構建實驗支架，幫助學生深入理解物理現象背后的科學原理和知識發展過程。實驗支架不僅僅是搭建實驗裝置的框架，更重要的是為學生提供探索、實驗和理解知識的平臺。例如，在學習“自由落體運動”等物理課題時，合理設計和運用實驗支架，可以有效促進學生對自然界規律的直觀感知和深刻理解，從而激發其科學探索的興趣和能力。

在教學實踐中，教師可以“自由落體運動”為例進行具體說明。構建實驗支架，如懸掛裝置和計時裝置，學生能夠觀察和測量自由落體物體的運動情況，從而探究重力加速度的大小及其對物體運動的影響，既能讓學生直觀地感受到物理定律，還能通過數據分析和實驗設計，逐步理解運動規律的數學表達和理論模型[3]。學生在實驗中通過調整和優化實驗支架，如改變落體高度或調整測量方法，可以深入探討實驗結果的準確性及其背后的科學原理，從而促進學生對物理學理論的深入理解和應用能力的提升。支架式教學法不是被動接受知識，而是通過實驗設計和數據分析，讓學生自主探索和發現物理規律，提高學生的學習興趣和參與度，培養學生的邏輯思維能力和科學實驗技能，為未來更深入的學術研究和職業發展奠定堅實的基礎。

（三）設計探究支架，培養科學探索精神

設計探究支架是高中物理課堂中的重要工具，旨在激發學生的科學探索精神和自主學習能力。在合理設計的實驗和探究任務中，學生不僅是實驗的執行者，更是問題的提出者和解決者。在這個過程中，學生將學會提出假設、設計實驗方案、收集數據并進行分析，從而培養批判性思維和科學精神，增強學科知識，同時還能夠培養解決問題的能力和創新精神，在面對未知的挑戰時能夠保持探索的熱情和自信心[4]。

例如，在教學“摩擦力”這一物理概念時，采用支架式教學法可以有效激發學生的學習興趣和探究欲望。教師設計啟發性問題，如“為什么一些物體表面更容易滑動”，引導學生思考摩擦力產生的原因和影響因素。通過這些問題，學生開始進入探究狀態，帶著問題去尋找答案。通過實驗設計，教師引導學生進行具體的實驗操作，如設計不同表面材質的摩擦力測試實驗；而學生在實驗中觀察、測量、記錄數據并分析實驗結果，從中發現規律和模式，加深對摩擦力概念的理解，培養科學實驗和數據分析的能力。

在探究的過程中，教師扮演著引導者的角色，及時給予學生必要的指導和支持，保持一定的開放性，鼓勵學生自由探索和嘗試新的想法，鼓勵學生探索摩擦力對不同物體質量的影響，或者摩擦力與表面粗糙程度之間的關系等。通過這樣的支架式教學設計，摩擦力不再是簡單的理論概念，而是一個學生可以親身體驗和探索的現象，不僅激發了學生對物理學科的興趣，而且培養了學生的科學探索精神和問題解決能力，為今后更深入學習和研究打下了堅實的基礎。

（四）自主學習支架，培養自主學習能力

支架式教學法在高中物理課堂中的應用，特別是在教學“力的合成”等復雜概念時，是培養學生自主學習能力的關鍵策略。自主學習支架指的是教師為學生提供逐步引導和結構化支持的學習框架，幫助學生在探索和理解新知識時更有效地自主學習和解決問題。在物理教學中，特別是在引入力的合成這一抽象而關鍵的概念時，教師可以通過明確的學習目標和任務安排，為學生搭建學習框架，設立清晰的學習目標，如理解力的合成原理和應用方法，引導學生聚焦于關鍵概念的掌握，同時提供結構化的學習資源和工具，如教材章節、實驗設計、物理模擬軟件等，讓學生能夠系統地探索和理解力的合成規律，從而增強學生的學習效果和自主學習能力[5]。

例如，在“力的合成”教學中，引導學生建立自主學習支架涉及以下具體策略和內容：教師通過設立明確的學習任務，如進行力的合成實驗，幫助學生有條理地探索和理解物理概念。教師可以設計這樣的實驗過程，即探究在不同角度施加的力如何合成為一個單一的力。接著，學生準備實驗材料，包括彈簧測力計、各種大小的力傳感器、不同角度的固定夾具和測量工具。在實驗操作中，學生選擇適當的實驗工具和材料，將彈簧測力計固定在桌子上，并從不同的角度施加力來測量不同力的大小和方向，然后記錄每個角度下測得的力的大小和方向。接下來學生分析實驗數據，比較不同角度下合成力的結果，理解力的合成規律，如平行四邊形法則或分解力的原理。

在實驗結果和討論階段，學生通過詳細的數據分析和實驗步驟，深入理解力的合成概念，并將其與理論知識進行對比和討論，從而掌握力的合成的基本原理和應用方法，培養在實驗設計、數據分析和問題解決方面的能力。在研究力的合成過程中，學生可能會發現實驗結果與理論預期存在偏差，進而提出新的假設并調整實驗設計，以更精確地解釋觀察到的現象，這樣學生逐漸發展出批判性思維和科學探索精神，使學生能夠在課堂內外應用所學知識解決各種實際物理問題，不僅加深了學生對物理學科的理解，還培養了學生在未來面對復雜挑戰時的自信和解決問題的能力。

（五）技術輔助支架，增強實驗操作技能

技術輔助支架是高中物理課堂中的創新教學方式，其利用現代技術工具來增強學生的實驗操作技能和理解能力，簡化實驗操作流程，更重要的是為學生提供了一個互動式、動手操作的學習環境。技術輔助支架可以包括使用虛擬實驗軟件、數據采集儀器以及模擬仿真工具，這些工具能夠幫助學生觀察和分析實驗結果，從而更深入地理解物理學原理。利用技術工具的互動，學生能夠提高實驗的準確性和復現性，在實驗設計和數據處理方面培養出批判性思維和科學方法論。

技術輔助支架作為支架式教學的關鍵組成部分，在高中物理課堂中發揮著重要作用。結合現代技術，如虛擬現實（VR）、交互式白板和計算機模擬軟件，可以為學生提供更豐富的實驗體驗和更深入的理論理解，特別是在牛頓第一定律的教學中，這些工具能夠使抽象的物理概念變得更加具有可操作性，從而增強學生的學習效果。牛頓第一定律指出，物體在沒有外力作用下將保持靜止狀態或勻速直線運動。在教學中，教師可以通過以下具體的實例來展示技術輔助支架的應用：使用虛擬現實技術，讓學生參與一個模擬場景：將一輛小車放置在水平面上，上面放置一塊磚，通過交互操作給小車施加不同大小的推力，觀察磚塊的運動情況。這樣的實驗場景可以幫助學生直觀地理解，當施加的推力大小變化時，磚塊的運動狀態如何受到影響，從而體驗和驗證牛頓第一定律的實際效果。利用交互式白板和計算機模擬軟件，學生記錄小車在不同摩擦力和推力條件下的運動軌跡，并利用軟件分析加速度和速度的變化，結合這些實時數據的收集和分析，學生能夠深入探討牛頓第一定律的適用條件，理解物體在不同外力作用下的運動特性。

結束語

支架式教學法在高中物理課堂中的應用展示了其獨特的優勢，通過設計和提供問題、實驗等支架，教師能夠有效引導學生開展自主探究和合作學習，幫助學生構建科學的認知結構。與傳統的“灌輸式”教學相比，支架式教學法不僅激發了學生的學習興趣，還顯著提升了其科學思維能力和實踐操作技能，促進了學生對物理知識的深度理解和掌握，培養了其自主學習能力和創新能力。隨著教育技術的不斷發展，支架式教學法在物理教學中的應用前景將更加廣闊，未來教師應進一步探索和完善支架式教學策略，為學生提供更為豐富的學習支架，全面提升物理教學質量，為培養創新型人才提供有力支持。

參考文獻

[1]劉學連.“支架式教學”在高中物理教學中的應用[J].數理天地（高中版），2024（8）：56-58.

[2]顧寶月.支架式教學提升高中物理課堂學生參與度的研究[J].數理天地（高中版），2024（2）：53-55.

[3]梁繼華.支架式教學在高中物理課堂教學中的實踐研究：以人教版新教材第二冊“萬有引力定律”為例[J].安徽教育科研，2023（36）：30-32.

[4]菅曉玲.高中物理教學中“支架式教學”模式應用探究[J].數理天地（高中版），2023（18）：62-64.

[5]袁小磊.高中物理教學中“支架式教學”模式運用概述[J].數理天地（高中版），2023（4）：38-40.