核心素養下高中物理教學中科學推理能力的有效培養

隨著教育的不斷發展和改革，核心素養的培養成為教育的重要目標。在高中物理教學中，科學推理能力是學生應具備的關鍵素養之一。本文通過對核心素養和科學推理能力的內涵進行分析，以“動能與動能定理”一節教材為例，探討了當前高中物理教學中科學推理能力培養存在的問題，并提出了一系列有效培養學生科學推理能力的策略，包括更新教學理念、優化教學方法、加強實驗教學、引導自主探究等，旨在為提升高中物理教學質量和學生科學推理能力提供有益的參考。

在教育現代化進程持續加速的時代背景下，傳統的教學方式也要改變。高中物理作為一門基礎科學學科，其高度抽象性和嚴密邏輯性等學科特點對學生的科學推理能力提出了較高要求。隨著新一輪課程改革的全面實施，《普通高中物理課程標準（2017年版2022年修訂）》（以下簡稱“新課標”）明確提出要培養學生具有適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。基于此，如何全面提升高中生的科學推理能力，成為當前物理教學中亟須解決的難題。

1高中物理學科核心素養與科學推理能力的內涵

1.1核心素養的內涵

核心素養涵蓋文化自信、語言運用、思維能力、審美創造等方面。核心素養致力于培養全面發展的人，讓個體能適應社會發展需求，具備在復雜環境中生存、發展和成功的關鍵能力與品質。不同學科領域對核心素養的具體體現和側重點雖有所不同，但總體目標一致，都是為了促進人的全面成長與進步。

1.2科學推理能力的內涵

新課標將物理學科的核心素養劃分為四個層面，教學應當以物理觀念為基礎，將科學思維視為核心，把科學探究作為手段，且要讓科學態度與責任貫穿于整個教學過程之中。科學推理能力是指個體運用科學知識和邏輯方法，對自然現象進行觀察、分析、假設、驗證和解釋的能力。它要求學生運用科學知識和邏輯思維進行推理、判斷和決策，包括歸納推理、演繹推理、類比推理、因果推理等多種形式。推理能力是學生學業技能中極為重要的一種能力，同時也是學生思維發展的關鍵標志之一，主要體現在學生對日常生活中的科學現象的探究、理解、推理和解釋上。其影響因素主要包括學科知識、邏輯思維和創新思維等。科學推理能力的培養對于學生的科學學習和未來發展具有重要意義，它有助于學生更好地理解科學知識，提高科學思維能力，培養創新精神和實踐能力，是學生在日常生活中解決問題和做出決策的重要能力之一。

2高中物理教學中科學推理能力培養的現狀與問題

2.1教學理念滯后，缺乏自主探究

在當前高中物理教學中，部分教師仍然秉持著傳統的灌輸式教學理念，過于強調知識的傳授，在課堂上沒有將課堂的主體地位歸還給學生，忽視了學生自主探究能力的培養。物理是一門注重思維培養的學科，學生的物理核心素養并非體現在解開題目、求得答案上，而在于物理思維能力的培養。高中物理的學習對于大部分學生來說都存在較大難度，學生在學習物理的過程中缺乏主動思考和探索的機會，容易滋生厭學情緒，從而限制科學推理能力的發展。同時，教師對培養學生自主探究意識的重要性認識不足，未能積極引導學生參與探究過程，導致學生缺乏獨立思考和解決問題的鍛煉。

2.2教學方法單一，影響知識理解

許多高中物理教師在教學過程中過度依賴講授法等單一的教學方法，習慣于按照固定的模式和流程進行教學。這種傳統教學方式既不利于學生從不同角度去理解和掌握物理知識，也難以讓學生在多樣化的情境中運用科學推理。此外，由于教學方法的局限，導致學生對一些復雜概念和原理的理解存在偏差或誤解，無法深入理解其本質和內在聯系，進而影響科學推理的準確性和邏輯性。在實驗教學中，也可能因方法單一而未能充分發揮實驗對科學推理能力培養的促進作用，學生無法通過實驗過程深刻體會科學推理的過程和意義。

2.3學習興趣較低，難以投入熱情

高中物理知識具有一定的抽象性和難度，部分學生在學習過程中可能會遇到困難和挫折，導致學習興趣下降。

當學生對物理學習缺乏熱情時，他們往往難以全身心地投入科學推理的過程，缺乏深入探究和思考的動力。此外，傳統教學方法形式較為單一，難以吸引學生的注意力。再者，長期以來的應試教育模式使得學生更多地關注成績和分數，而忽視了對科學推理能力等綜合素質的培養，進一步降低了學生對科學推理相關學習的積極性。學生可能只是機械地記憶公式和定理，而缺乏對其背后邏輯關系和推理過程的感悟和體驗。

2.4忽視教學評價，交流合作不足

在高中物理教學中，對學生科學推理能力的評價往往沒有得到足夠的重視。教師通常更關注學生對知識的掌握程度和考試成績，而對學生科學推理過程中的表現和進步缺乏系統、全面的評價。這使得學生無法明確自己在科學推理能力方面的優勢和不足，也難以有針對性地進行改進和提高。同時，課堂上學生之間交流合作的機會較少，學生缺乏與同伴分享觀點、討論問題和共同推理的平臺。這種缺乏交流合作的環境不利于學生開闊視野、拓展思維，也不利于他們從他人的經驗和智慧中汲取營養，進而影響科學推理能力的提升。此外，教師在教學評價中未能充分發揮激勵和引導作用，未能通過有效的評價機制激發學生發展科學推理能力的內在動力。

3以“動能與動能定理”教學為例探討核心素養下培養科學推理能力的策略

在高中教育課堂上，為培養學生的科學思維能力，教師要有意識地培養學生的科學推理能力，從而為學生即將面臨的高考夯實基礎。科學推理能力并非與生俱來，而是需要學生在成長過程中，通過學習積累、探索訓練以及經驗總結，逐步提升發展。在這一過程中，教師的方向引導和方法指導對學生推理能力的發展起到了關鍵的促進作用，能夠幫助學生提高推理的正確性。因此，探討核心素養下培養學生科學推理能力的策略至關重要。以下以“動能與動能定理”教學為例展開探討（見圖1）。

鼓勵自我探究 分析思考教材 設計教學過程 設置進階問題 加強團結合作 依托思維導圖找尋推理門徑 確立教學目標 引導探究公式 加強專題訓練 完善評價機制 拓展思維深度↓ √ ↓ √ √ √指導學生適當地 從教材編寫的適用 深入分析教材內 根據教學內容設置 學生組建學習小 積極引導學生針使用學習方式， 性和籠統性出發， 容，根據教材分析 進階問題，注意培 組，關注高中生的 對“動能與動提出引導驅動型 結合本班學生的具 思考，明確要讓 養學生分析問題、 物理課程學習需 能定理”來繪制問題，引導學生 體學習情況、學習 學生理解動能的概 提出假設、驗證推 求，遵循全過程的 思維導圖，引導進行知識構建， 特點和學習偏好制 念、動能定理的內 理的思維習慣，優 評價指導思想，構 學生在思維導圖形成系統的知識 訂合適的學習計劃 涵以及其在解決問 化設置專題訓練 建綜合性的評價 上展開進一步的體系 和教學目標 題中的應用等目標 體系 機制 拓展

3.1鼓勵自我探究，找尋推理門徑

在新課標背景下，對學生的學習自主性和主觀能動性提出了具體要求。為培養學生的科學推理能力，教師應鼓勵學生自主探究課程內容，指導學生根據自身情況找尋適合當前學習狀況的學習物理門徑，有效鍛煉學生的自主學習能力。教師應指導學生運用恰當的自主學習方式，如鼓勵學生反復閱讀等。閱讀是學習的基礎，對于簡單明了的描述性文字，通過逐字逐句的閱覽便能完全理解；而對于部分具有深刻內涵的文字，如物理概念與規律等，則需要進行反復閱讀。在反復閱讀過程中去解讀文字中的關鍵詞語，通過對關鍵詞語的思索，精準找到推理的起始點，進而領會定律中所蘊含的物理要義。

在“動能與動能定理”教學中，教師可以提出一些引導驅動型問題，如“物體的動能大小可能與哪些因素有關”“動能為什么不存在負值”等，鼓勵學生通過自主閱讀，在課本中探尋問題的答案。這不僅能激發學生對動能相關內容的興趣和好奇心，使其產生主動探索和學習的強烈欲望；還能培養學生的自主學習能力，讓學生通過自主閱讀課本去追尋答案，從而提升自主獲取知識以及分析、整合信息的能力；促進學生深入思考動能的本質和特性，深化對動能概念的理解，為更好地理解動能定理奠定基礎；開啟學生的科學探究思維，使學生自主思考和探究，逐步塑造科學思維和探究精神；增強學生在課堂上的參與度，使其積極投入問題的思考和解答，提升課堂活躍度，讓學生明確動能學習的關鍵問題和要點，便于更好地把握知識核心，引導學生進行知識構建，將分散的知識圍繞這些問題加以整合，形成系統的知識體系。

3.2分析思考教材，確立教學目標

“動能與動能定理”是人教版高中物理必修第二冊第八章“機械能守恒定律”的第三節課程，是構建專業基礎的基石。此前，學生已經掌握了功和功率、重力勢能等知識，而“動能與動能定理”的學習為后續深入理解機械能守恒定律的定量表達及分析提供了必要基礎。在此基礎上，教師確立本節內容的教學目標：令學生理解動能的概念，學會利用動能公式進行相關計算，理解動能定理表述的物理意義，深化對物理含義的理解。

在新課標提倡教師終身學習、因材施教的教育背景下，高中物理教師在課前備課寫教案時，應從教材編寫的適用性和籠統性出發，思考教材的核心內容，再結合本班學生的具體學習情況、學習特點和學習偏好制訂合適的學習計劃和教學目標。例如，若班級學生在抽象思維方面較為薄弱，教師在教學過程中可多引入生活實例、實驗演示等直觀教學手段，幫助學生更好地理解動能與動能定理。通過綜合考量各類因素，最終制定出貼合教材本質、符合學生實際需求的個性化學習計劃與精準的教學目標，切實提升課堂教學質量，助力學生高效學習物理知識。

3.3設計教學過程，引導探究公式

核心素養理念指出，教學實踐活動須以真實生活情境為基礎，緊密聯系實際教學中學生思維發展的特點，并依據學生的年齡差異、學情差異以及基礎差異，構建出有助于提高學生積極性的課堂學習主題與學習情境。要將生活化作為情境創設的基礎準則，將學生的實際生活與課堂教學相連接，激活學生的思辨性思維，充分調動學生學習的積極性，確保課堂具有濃厚的思考氛圍，增強高中教育課堂中學生科學思維能力的培養、促進和提升。

通過對課本教材的細致研究，結合本班學生的學習情況，在教學過程中的課程導入階段，教師可以先利用多媒體教室播放有關動能的視頻，導入動能在生活中的具體現象，或引導學生回顧功的概念，逐步引入動能的概念。引導學生溫習學過的知識并觸發他們對動能深入研究探索的欲望，構建能量、運動與相互作用的物理觀念。隨后，設置問題對學生展開提問：“在生活中有哪些存在動能的地方？”此問題實現了物理知識與生活現象的有機結合，可幫助學生從生活經驗入手，增強他們生活中的物理感知能力，激發學生的學習興趣和對物理的學習熱情。

教師深入分析教材中關于“動能與動能定理”的內容，根據教材分析思考，明確要讓學生理解動能的概念、動能定理的內涵以及其在解決問題中的應用等目標。比如，通過對教材中動能定理推導過程的分析，確定引導學生如何從功和能的關系進行邏輯推理的教學目標，讓學生明白動能的變化是由力做功導致的。接著，通過具體的例子和問題情境，讓學生逐步推導動能定理的表達式。例如，一個物體在恒力作用下做直線運動的情境中，引導學生從做功與能量變化的角度去推理，使學生在這個過程中體驗科學推理的樂趣和嚴謹性。

通過教材中的探究情景和問題設置，學生自主閱讀教材，推導出動能的表達式、單位和性質。教師對學生進行引導性任務布置：在課本案例中，分析物體在力的作用下于光滑水平面上發生位移時存在哪些力的作用，以及功的量綱產生了怎樣的變化。本教學設計從學生熟悉的教學內容出發，結合教材情景，引導學生推導出力做功的表達式后，從數值和量綱兩方面進行對比，得出動能表達式。這有助于讓學生已有的認知結構在新的物理知識中實現重組，尊重學生在學習過程中的主體地位，激發學生對物理的學習熱情，提高學生的自主探究能力。

3.4設置進階問題，加強專題訓練

在核心素養背景下，學習任務單的構建對于高中物理教學實踐具有重要意義。它為高中物理教學實踐提供了總體任務導向，保障物理教學實踐的正常開展，明確教學內容的任務形式，并合理安排教學過程的周期階段。在核心素養背景下設計高中物理教學實踐的任務單時，教師須注意多方面要素，可以根據教學內容設置一系列由淺入深的進階問題。例如，在學生初步理解動能定理后，提出“如果物體所受的力不是恒力，動能定理還適用嗎”這樣的問題，激發學生進一步思考和推理；或者提出“如何用動能定理來解釋生活中的一些現象，如汽車剎車距離與車速的關系”等實際問題，驅動學生運用所學知識進行推理和分析。

核心素養還要求教師在教學中注重培養學生分析問題、提出假設、驗證推理的思維習慣。例如，在講解動能定理的應用時，引導學生先分析物體的受力情況和運動狀態，然后提出解決問題的思路和方法，再通過計算進行驗證。同時，將動能與之前學過的勢能等知識聯系起來，構建完整的能量知識體系，讓學生明白不同能量形式之間的轉化和守恒關系，進一步提升學生的科學推理能力。

在開展物理課程教學的過程中，教師需要著重發展學生的核心素養，以培養學生形成良好的思維習慣為導向，優化設置專題訓練體系。讓學生在參與系統訓練的過程中，形成更清晰的問題解決思路，基于自身所掌握的物理學習思想和積累的解題方法進行實踐探索，從而綜合發展和提高學生的物理解題能力。

3.5加強團結合作，完善評價機制

在核心素養視域下，新課標要求教師采取多樣化教學方式，培養學生多維度的全面發展，綜合提升其各類素養。其中，團隊協作能力是學生應當熟練掌握的能力之一。教師應對本班學生組織架構進行深入調研，充分尊重學生的個體差異性，根據學生的學習進度、發展程度以及興趣愛好對學生進行分類，在此基礎上積極組織、鼓勵學生之間組建學習小組，引導學生共同探討問題、分享思路、協作完成任務。小組合作學習模式增強了學生之間的交流與合作，提升了學生的團隊協作精神，并且有效鍛煉和提高了學生的語言組織和表達能力，為學生在學習物理的過程中提升自身的科學推理能力打下堅實的基礎。

在明確核心素養發展目標后，教師需要關注高中生的物理課程學習需求，遵循全過程的評價指導思想，構建綜合性的評價機制。新課標提出教師既要注重過程性評價，又要注重終結性評價，并且應在原有的單一考核成績的終結性評價基礎上進行改進。在過程性評價方面，教師要密切觀察學生在小組合作學習中的參與度，記錄學生在小組討論時發言的頻率、提出的有價值觀點數量，以及對其他組員觀點的回應和貢獻。關注學生在完成小組任務過程中的表現，如學生在設計物理實驗方案時是否合理分工、發揮自身優勢。學生將知識靈活運用的能力，是科學推理能力在實踐中的應用表現。

終結性評價不能僅以考試成績為唯一標準，教師要在考查學生對物理知識的記憶與常規解題能力的基礎上改進考試內容。由于物理學科的數理性與嚴謹性，物理考核內容的答案常常是唯一的，不利于學生科學推理能力的培養。教師應設置一定比例的開放性、探究性題目，要求學生運用科學推理分析多種可能的結果，并闡述推理過程。

依據學生答案中推理的邏輯性、完整性、創新性等維度進行打分。此外，還可結合學生在一段時間內小組合作學習的綜合成果進行評價。全面、綜合的評價機制能準確衡量學生科學推理能力的發展水平，進一步激勵學生在團結合作的學習氛圍中不斷提升自身科學推理能力，切實落實核心素養導向下的高中物理教學目標。

3.6依托思維導圖，拓展思維深度

在教學完成后，積極引導學生針對“動能與動能定理”繪制思維導圖。學生能夠將動能的概念、動能定理的具體內容、相關公式以及應用等各類知識點借助思維導圖進行梳理與整合。通過思維導圖的展示，分情況、有目的地研究物體在不同水平面上運動時，在力的作用下產生動能的情況，引導學生對該問題進行歸納推理，鍛煉學生的物理推理總結能力。通過總結對事物的表象分析，分層判斷，進而歸納推理，最終上升到對學科性質的認識。

教師引導學生在思維導圖上展開進一步的拓展，比如探究其與其他物理概念或者定理之間的關聯等，通過這樣的方式拓展思維的深度與廣度，讓學生從整體上把握知識結構，進而提升科學推理的綜合能力，使學生能夠更加全面、深入地理解和掌握相關知識，形成系統的知識體系，促進其思維能力的不斷發展和完善，這對高中物理教學中科學推理能力的有效培養具有重要作用（見圖2）。

核心素養的內涵高中物理學科核心素養與科學推理能力的內涵科學推理能力的內涵教學理念滯后，缺乏自主探究教學方法單一，避免理解誤差高中物理教學中科學推理能力培養的現狀與問題學習興趣較低，難以投入熱情忽視教學評價，較少交流合作核心素養下高中物理教學中科學推理能力的有效培養鼓勵自我探究，找尋推理門彳分析思考教材，確立教學目杜以“動能與動能定理”教學為例探討核心素養下培養科學 設計教學過程，引導探究公j推理能力的策略 設置進階問題，加強專題訓鄉一加強團結合作，完善評價機告依托思維導圖，拓展思維深月

4結論與展望

在核心素養背景下，高中物理教學中科學推理能力的培養至關重要。通過采取有效的教學策略，能夠顯著提升學生的科學推理能力。然而，這一領域仍有許多問題需要進一步研究和探索，例如如何更科學地評價學生的科學推理能力、如何將科學推理能力的培養與其他核心素養有機結合等。未來的研究應繼續深入探討這些問題，以推動高中物理教學不斷發展和進步。

（作者單位：甘肅省平涼一中）