基于物理作業設計的學生科學思維能力培養策略研究

摘要：在新時代背景下，隨著教育理念的不斷革新，“雙減”政策與新課程改革的深入推進，對學生科學思維能力的培養愈發受到重視。物理作業作為物理教學的重要環節，不僅是鞏固課堂知識、提升學習成績的有效手段，更是培養學生科學思維能力的重要途徑。文章旨在探討物理作業設計對學生科學思維能力培養的影響，通過理論與實踐相結合的研究方法，分析當前物理作業設計中存在的問題，提出科學合理的作業設計方案，以期通過優化作業設計，有效提升學生的科學思維能力。

關鍵詞：物理作業設計；科學思維能力；“雙減”政策；新課程改革

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1673-8918（2025）06-0127-03

隨著《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》和《基礎教育課程教學改革深化行動方案》等政策的出臺，國家對中小學科學教育質量提出了更高的要求。物理作為自然科學的重要學科，在培養學生科學思維能力方面具有得天獨厚的優勢。然而，傳統物理作業設計往往注重知識的機械記憶和解題技巧的訓練，忽視了對學生科學思維能力的培養。因此，如何設計科學合理的物理作業，成為當前物理教育改革的重要課題。

國內外關于物理作業設計對學生科學思維能力培養的研究已經取得了一定的成果。國內研究主要集中在作業設計的原則、方法、策略等方面，強調作業設計應注重學生的個體差異和認知規律，以培養學生的創新精神和實踐能力為目標。我國著名教育家陶行知老先生提出了“教學做合一”的教學論思想，強調學生在學習過程中應積極探索，通過不同的教學活動激發對知識的求知欲望和動力興趣。蘇聯教育實踐家和教育理論家蘇霍姆林斯基也指出，只有當知識成為精神生活的因素，占據人的思想，激發人的興趣時，才能稱之為知識。這些理論都強調了學生在學習過程中的主動性和積極性，以及科學思維能力培養的重要性。國外研究則更加注重作業設計的實踐性和探究性，強調通過作業設計引導學生主動探索物理現象和規律，培養其科學思維和解決問題的能力。美國著名教育學家拉爾夫·泰勒在其著作《課程與教學的基本原理》中指出，學習經驗是學生在學習環境中的外部條件之間的相互作用，學習是通過學生的主動行為而發生的。這一觀點強調了學生在學習過程中的主體地位，以及通過主動探索和實踐來培養科學思維能力的重要性。

然而，當前研究仍存在一些問題，如作業設計缺乏系統性、創新性不足等。因此，文章研究旨在通過深入探索物理作業設計與學生科學思維能力培養的關系，提出更加科學、有效的作業設計方案。本研究采用文獻研究法、調查問卷法和案例分析法相結合的研究方法。通過廣泛搜集與本課題相關的文獻資料，了解當前國內外關于科學思維能力培養的研究現狀和發展趨勢；通過設計調查問卷，了解學生和教師對物理作業設計的看法和需求；通過典型案例的分析，探索科學合理的物理作業設計方案。

一、 物理作業設計與科學思維能力培養的關系

作業設計是指教師根據教學目標和學生實際情況，對作業的內容、形式、難度和量等方面進行的精心規劃和設計?？茖W思維能力是指學生在學習和實踐過程中，運用科學方法進行分析、推理、論證和解決問題的能力，包括模型構建能力、科學推理能力、科學論證能力和質疑創新能力等。物理作業設計作為物理教學的重要組成部分，其目的不僅在于鞏固和拓展課堂所學知識，更在于通過作業的實踐過程，培養學生的科學思維能力。

物理作業設計對培養學生科學思維能力具有重要的理論基礎，主要包括建構主義學習理論、科學思維理論和探究式學習理論。建構主義強調學習是知識的主動建構過程，物理作業可以通過實驗和推理環節引導學生構建知識；科學思維理論則通過觀察、假設、實驗等步驟幫助學生掌握科學的思維方法；探究式學習注重讓學生通過問題解決和自主探究培養創新思維。此外，布魯姆的認知目標分類理論、元認知理論和社會建構主義理論也為物理作業設計提供了支持，幫助學生逐步發展高階思維能力、元認知能力和協作能力。

二、 物理作業設計現狀調查分析

（一）調查對象與方法

文章研究以南陽市第九中學校初中部師生為對象，通過問卷調查與訪談，深入探究該校物理作業設計的現狀。問卷內容全面覆蓋作業內容、形式、難度及作業量等關鍵方面，訪談則深入收集師生對作業設計的具體意見和建議。

（二）調查結果與分析

作業內容方面，南陽市第九中學校初中部物理作業側重知識點鞏固，卻忽視了科學思維能力的培養。作業缺乏解決實際問題、科學探究和創新的環節，可能導致學生科學思維能力鍛煉不足。

作業形式上，該校物理作業以書面作業為主，形式單一，缺乏實踐性和創新性，難以激發學生的學習興趣。學生更希望作業形式多樣化，如實驗、觀察、調查等，以加深對物理知識的理解和應用。

作業難度方面，部分作業難度設置不合理。過高難度讓學生難以完成，產生挫敗感；過低難度則缺乏挑戰性，無法激發學生的學習興趣。合理設計作業難度對提升學生科學思維能力至關重要。

作業量方面，學生普遍反映物理作業量大，課業負擔重，影響學習興趣和效果，甚至產生抵觸情緒。因此，合理控制作業量，同時需與學生的實際能力和需求相適應，確保作業的有效性和針對，性是當前物理作業設計亟待解決的問題。

三、 物理作業設計與學生科學思維能力培養策略

（一）物理作業設計對學生科學思維能力的培養

針對目前調查中存在的問題，在進行物理作業設計時，要注意以下幾點：

1. 提高學生模型構建能力培養

在物理作業設計中，注重引導學生運用所學知識構建物理模型，將抽象復雜的物理問題轉化為直觀、具體的模型，從而幫助學生更好地理解物理現象和規律。通過模型構建，學生可以更加清晰地認識問題的本質，找到解決問題的關鍵路徑。例如，在電路教學中，設計作業讓學生根據電路元件的連接方式和電學性質，構建電路模型，如串聯電路、并聯電路、混聯電路等，并計算電路中的電流、電壓等參數。

2. 提高科學推理能力

通過作業設計，引導學生學會從一個或多個已學的知識點出發，通過邏輯推理和演繹推理等方法，推導出新的知識點或結論。這種推理過程可以幫助學生深入理解物理概念和規律，培養他們的邏輯思維和批判性思維能力。例如，設計作業題目，要求學生根據牛頓運動定律等力學原理，推導出物體在不同條件下的運動狀態或受力情況。

3. 提高科學論證的能力

鼓勵學生通過實驗設計和實驗驗證來論證所學的物理知識。作業設計中可以包含實驗設計題目，要求學生根據所學知識和實驗條件，設計實驗方案、進行實驗操作、記錄實驗數據并分析結果。通過這個過程，學生可以體驗到實驗論證的樂趣和成就感，同時培養他們的實驗技能和科學精神。例如，驗證光的折射定律：設計作業讓學生利用光學實驗器材（如激光筆、玻璃磚等），設計實驗方案，驗證光的折射定律，并記錄實驗數據進行分析。

4. 提高學生質疑創新能力培養

在作業設計中融入質疑和創新元素，鼓勵學生對所學知識進行質疑和反思，提出新的問題和觀點。同時，設計一些開放性的作業題目，讓學生發揮想象力和創造力，設計出具有創新性的實驗方案或解決方案。例如，設計作業題目，要求學生針對某個物理理論或定律提出質疑或反思，并嘗試提出自己的見解或改進方案；在作業中設計一些創新性的實驗題目，如“設計一種測量密度的新方法”“利用家庭常見物品制作一個簡單的物理實驗裝置”等，鼓勵學生發揮想象力和創造力進行實驗設計。

（二）作業反饋與評價機制

在初中物理的分層作業設計中，建立有效的反饋與評價機制是提升學生學習效果的重要環節。及時、有效的反饋不僅能夠幫助學生認識到自己的優點與不足，還能激勵他們在學習過程中不斷進步。

教師應迅速反饋作業，不僅確認答案，還要提供改進建議，如指出壓強計算題中的錯誤步驟，引導正確思路；評價機制需多元化，除分數外，加入自我評價和同伴評價，培養自我監控能力和合作學習能力；反饋應個性化，基礎層學生需細致反饋建立信心，發展層和拓展層學生則獲挑戰性反饋鼓勵深層思考；定期評價與反饋總結會議也很重要，讓學生分享體驗、總結問題與進步，增強歸屬感，為教師改進教學提供參考。

四、 研究結果與分析

為了深入驗證優化物理作業設計策略與方法的有效性，文章研究在某初中二年級隨機選取了兩個平行班，分別標記為實驗組與對照組。這兩個班級的學生在學業成績、學習態度及課堂參與度等方面均無明顯差異，確保了研究的公正性和有效性。對照組則沿用傳統的物理作業設計方案，主要包括完成課本習題和復習課堂知識點。這些作業側重于鞏固學生的基礎知識，但在提升科學思維能力方面相對較弱。例如，在學習浮力原理時，對照組學生僅需完成與浮力相關的習題練習，缺乏實踐探究和深入思考的環節。在為期六周的實踐研究中，實驗組和對照組均按照各自的作業設計方案進行學習。教師定期對學生的作業完成情況進行檢查和反饋，確保學生能夠按照要求完成作業。同時，為了客觀評估學生的科學思維能力變化，文章研究在實踐前后分別對兩個班級的學生進行了科學思維能力測試。

通過對測試結果的統計分析，本研究發現實驗組學生的科學思維能力得分顯著高于對照組學生。實驗組學生表現出更強的抽象概括能力和問題解決能力，展現出良好的邏輯推理能并且敢于提出新穎的觀點和想法，并能夠通過實踐來驗證其可行性。這表明，優化后的物理作業設計方案在提升學生科學思維能力方面具有顯著效果。通過增加探究實驗和開放性問題等環節，作業設計能夠引導學生更深入地思考和理解物理現象，從而培養他們的科學思維能力。

五、 結論

本研究圍繞物理作業設計對學生科學思維能力的培養展開，結合文獻研究、問卷調查和案例分析方法，探討了現有物理作業設計中存在的不足之處，并提出了優化策略。研究表明，當前傳統物理作業形式單一，側重知識鞏固，但缺乏對學生科學探究和創新能力的引導，影響了科學思維能力的提升。通過引入模型構建、科學推理、實驗論證以及質疑創新等設計理念，優化后的作業方案不僅有效提升了學生的學習興趣和參與度，更顯著改善了其科學思維能力，尤其是在抽象概括和問題解決方面的表現。

實驗結果證實，優化后的作業設計方案能引導學生在實踐中自主思考、反思并驗證所學知識，有效促進其科學思維能力的發展。通過多樣化的作業反饋和評價機制，學生得以在不斷自我反思與交流中逐步進步，進一步增強了學習效果和動機。此研究的結果對物理教學改革具有指導意義，為未來物理教學中的作業設計提供了新思路，同時也為提升學生科學素養、培養其核心素養奠定了基礎。

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