初中物理培養(yǎng)“科學(xué)思維”的教學(xué)方法

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)物理核心素養(yǎng)進(jìn)行了界定，它由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面的要素構(gòu)成。由此可見，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成?？茖W(xué)思維是大腦對(duì)具體現(xiàn)象、文字、符號(hào)進(jìn)行組合和推理的思維能力，主要反映客觀事物之間本質(zhì)的聯(lián)系。優(yōu)秀的思維品質(zhì)表現(xiàn)在思維能力的深刻性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性上。學(xué)生學(xué)習(xí)能力的差異主要是思維品質(zhì)的差異，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是學(xué)好物理、發(fā)展學(xué)生智力和能力的突破口，是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

一、“問題導(dǎo)學(xué)”構(gòu)建課堂教學(xué)模式

課堂是教學(xué)的主陣地，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”首先應(yīng)從課堂教學(xué)模式入手，“問題導(dǎo)學(xué)”模式就是一種發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的有效課堂模式。該模式把教學(xué)內(nèi)容分解成一個(gè)個(gè)循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的思考性問題，以問題為載體進(jìn)行師生互動(dòng)，以問題為線索引導(dǎo)課堂教學(xué)，讓學(xué)生通過問題的分析與思考潛移默化地領(lǐng)悟物理概念的內(nèi)涵、把握物理規(guī)律的真諦、養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣、掌握科學(xué)思維的方法。

例如，關(guān)于“大氣壓強(qiáng)”的教學(xué)，其內(nèi)容包括：（1）大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因及其方向；（2）大氣壓強(qiáng)的測(cè)量；（3）大氣壓強(qiáng)的變化。

針對(duì)內(nèi)容（1），筆者以下列問題為線索引導(dǎo)學(xué)生思考：

①液體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是什么？（液體有重力）液體壓強(qiáng)方向有何特點(diǎn)？原因何在？（向各個(gè)方向，液體有流動(dòng)性）（為以下教學(xué)做鋪墊）②我們生活的地球有一厚厚的大氣（空氣）層，空氣是否受重力？（是）是否具有流動(dòng)性？（是）空氣是否也會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)？（會(huì)）壓強(qiáng)的方向是否也是向各個(gè)方向？（是，并配合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。）

針對(duì)內(nèi)容（2），筆者拋出了下列問題引導(dǎo)學(xué)生思考：

①托里拆利實(shí)驗(yàn)中為什么水銀柱開始會(huì)下落？（水銀受重力）水銀柱為什么沒有下落至與水銀槽液面相平？（管外大氣壓的作用）水銀柱不降了意味著什么？（水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與管外大氣壓相等。）

②如果玻璃管傾斜，玻璃管中的水銀柱長(zhǎng)度、高度會(huì)變化嗎？為什么？（長(zhǎng)度變長(zhǎng)，但高度不變。因?yàn)樗y產(chǎn)生的壓強(qiáng)與液柱高度有關(guān)，與液柱長(zhǎng)度無關(guān)?？膳浜蠈?shí)驗(yàn)驗(yàn)證。）

③如果用更粗的玻璃管做此實(shí)驗(yàn)，玻璃管水銀柱的高度會(huì)不同嗎？為什么？（不會(huì)，水銀產(chǎn)生的壓強(qiáng)與液柱高度有關(guān)，與液柱粗細(xì)無關(guān)?？膳浜蠈?shí)驗(yàn)驗(yàn)證。）

④若將玻璃管上提一些，玻璃管中的水銀柱會(huì)更高嗎？為什么？（不會(huì)，管外大氣壓不變，所能支持的液柱高就不變?？膳浜蠈?shí)驗(yàn)驗(yàn)證。）

⑤如果玻璃管內(nèi)進(jìn)入少量空氣，測(cè)出的大氣壓與實(shí)際的大氣壓相比有何不同？為什么？（偏小，管內(nèi)氣壓對(duì)管中液柱有向下的壓強(qiáng)。）

⑥如果玻璃管頂部打破將會(huì)看到什么現(xiàn)象？為什么？（水銀柱下降至與水銀槽液面相平，此時(shí)玻璃管與水銀槽構(gòu)成連通器。）

針對(duì)內(nèi)容（3），筆者拋出的問題是：

①大氣壓強(qiáng)也能像液體壓強(qiáng)一樣用公式p=ρ空氣gh計(jì)算嗎？（不能，ρ空氣、h無法確定。）

②大氣壓強(qiáng)隨高度的變化可用公式p=ρ空氣gh分析嗎？（可以）大氣壓強(qiáng)隨天氣和季節(jié)的變化本質(zhì)原因是什么？（溫度和空氣密度的不同。）

長(zhǎng)期的“問題導(dǎo)學(xué)”實(shí)踐會(huì)養(yǎng)成學(xué)生科學(xué)思維的習(xí)慣、強(qiáng)化科學(xué)思維的意識(shí)，必將對(duì)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的提高產(chǎn)生積極影響。

二、“實(shí)驗(yàn)支撐”消除學(xué)生思維障礙

許多學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)物理時(shí)熱情很高，隨著抽象思維的內(nèi)容增多，漸漸感到學(xué)習(xí)困難。究其原因，是初中學(xué)生的抽象思維仍屬于經(jīng)驗(yàn)型邏輯思維，對(duì)抽象事物的理解通常需要借助事物的表象做支撐。因此，物理實(shí)驗(yàn)自然成為支撐“科學(xué)思維”的有力武器。物理實(shí)驗(yàn)手段應(yīng)用得好，既能給教學(xué)增色，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又能讓教學(xué)出彩、消除學(xué)生的思維障礙。

在八年級(jí)物理有關(guān)“慣性”知識(shí)的習(xí)題講評(píng)中，筆者曾遇到過一道讓學(xué)生糾結(jié)的題——

例1：在一艘勻速直線運(yùn)動(dòng)的游艇尾部，如果一名游客豎直向上跳起，當(dāng)他落下時(shí)將落回游艇還是落入水里？

講評(píng)中，筆者先讓學(xué)生進(jìn)行了充分地交流與思考，筆者發(fā)現(xiàn)即使部分學(xué)生能運(yùn)用慣性知識(shí)分析得出乘客將落回游艇的結(jié)論，但由于缺乏感性認(rèn)知，大部分學(xué)生還是對(duì)此半信半疑。此時(shí)如果沒有實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，估計(jì)學(xué)生的“思維疙瘩”很難消除。為此，筆者從口袋里拿出一串鑰匙作器材設(shè)計(jì)了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：在勻速行進(jìn)時(shí)豎直向上拋出鑰匙，模擬游客在勻速運(yùn)動(dòng)游船上豎直向上跳起的現(xiàn)象。當(dāng)看到鑰匙下落后并沒有落在我的后面，更沒有落在我的前面，而是正好落回我的手上時(shí)，學(xué)生驚訝地報(bào)以熱烈的掌聲。這掌聲說明，學(xué)生之前的“思維疙瘩”已經(jīng)消失。所以，用形象的實(shí)驗(yàn)手段輔助抽象思維，對(duì)抽象思維偏弱的初中生而言，確實(shí)起到了很好的支撐作用。

三、“錯(cuò)題糾正”提高思維的靈活性

在我們平時(shí)的物理教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)：一些物理習(xí)題或試題，其邏輯思維并不復(fù)雜，但學(xué)生卻大面積出錯(cuò)，究其原因就是學(xué)生思維的靈活性不強(qiáng)，面對(duì)較靈活的習(xí)題，總會(huì)掉入題目設(shè)置的陷阱里。靈活的試題需要靈活的思維，提高思維的靈活性是提高學(xué)生思維品質(zhì)的重要方面。

例2：如圖1所示，一個(gè)氣球被繩子固定浸沒在裝有水的容器中，若繼續(xù)往容器中加適量的水，則氣球受到的浮力將 。（選填“變大”“變小”或“不變”。）

該題正確答案是“變小”。但是，由于學(xué)生之前所做的大量相關(guān)練習(xí)涉及的物體都是體積不變的固體，體積會(huì)變的物體見得少。于是，很多學(xué)生沒有意識(shí)到氣球會(huì)因壓強(qiáng)增大而體積變小的情況，仍然把它視作體積不變的固體看待，進(jìn)而錯(cuò)填了“不變”，這種慣性思維的問題就是思維靈活性不足的表現(xiàn)。

靈活的思維表現(xiàn)在對(duì)問題的審視能站得更高，對(duì)問題的分析會(huì)更加全面，對(duì)問題的表達(dá)也更為精準(zhǔn)。提高思維品質(zhì)不是一蹴而就的事，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷總結(jié)積累，一步步地提高。平時(shí)練習(xí)和考試中帶有普遍性的錯(cuò)題所暴露出的問題，很多都是思維靈活性的短板問題。正因如此，錯(cuò)題往往也是提高學(xué)生思維靈活性的磨刀石，所謂吃一塹才能長(zhǎng)一智。所以，在我們的平時(shí)教學(xué)中，應(yīng)重視收集和整理學(xué)生帶有普遍性的錯(cuò)題，并一定要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真地加以分析、思考、總結(jié)和糾正，這是快速提高學(xué)生思維靈活性的有效途徑。

（圖 1）

四、“教學(xué)拓展”誘發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力是新課程體系中的主要目的之一，也是“科學(xué)思維”培養(yǎng)的重點(diǎn)。創(chuàng)新思維，是一種具有開創(chuàng)意義的思維活動(dòng)，即開拓認(rèn)識(shí)新領(lǐng)域、開創(chuàng)認(rèn)識(shí)新成果的思維活動(dòng)。物理教學(xué)如果只局限于教材本身的常規(guī)內(nèi)容，并不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。應(yīng)在此基礎(chǔ)上根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況有所拓展和延伸，為學(xué)生開辟出創(chuàng)新思維的廣闊空間。

以“探究凸透鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)為例，筆者把一些原本沒有的，但又與本實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)的幾個(gè)探究問題，與該實(shí)驗(yàn)有機(jī)整合，將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合理的拓展和延伸。新增的探究問題是：

①若蠟燭燒短了，光屏上的像會(huì)發(fā)生怎樣的偏移？為什么？

②若光屏上的像偏下，為使像居中應(yīng)如何調(diào)節(jié)凸透鏡？

③若凸透鏡被遮擋一部分，光屏上還能成完整的像嗎？像有何變化？為什么？

④若有一只蒼蠅落在凸透鏡上，光屏上會(huì)出現(xiàn)蒼蠅的像嗎？為什么？

通過探究問題的拓展和延伸，不僅讓學(xué)生對(duì)凸透鏡成像規(guī)律理解得更深入、認(rèn)識(shí)得更全面。而且新增的探究任務(wù)沒有預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案，也沒有按部就班的實(shí)驗(yàn)步驟，給予了學(xué)生最大限度的自主性和創(chuàng)造性發(fā)揮的空間，使學(xué)生創(chuàng)新思維的火花在實(shí)驗(yàn)探究的過程中能盡情迸發(fā)，進(jìn)而為學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

綜上所述，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”能力滲透在我們教學(xué)過程的方方面面，無論采用哪種方法促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，都應(yīng)注意把學(xué)生放在教學(xué)的主體地位，想方設(shè)法為學(xué)生創(chuàng)造更多自主參與與發(fā)揮的思維空間或平臺(tái)。只有這樣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法才能真正取得實(shí)效。