基于科學(xué)思維培養(yǎng)的物理課堂教學(xué)設(shè)計
——以《超重與失重》教學(xué)為例

劉湘衡

（廣東省中山市實驗中學(xué)，廣東中山 528403）

引 言

培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維對促進物理科學(xué)的發(fā)展、提升學(xué)生科學(xué)認(rèn)知水平具有積極意義。高中物理核心素養(yǎng)也將培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力作為重要的內(nèi)涵之一，教師要基于學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的重要意義，深入了解讀物理科學(xué)思維的基本內(nèi)涵，優(yōu)化物理教學(xué)設(shè)計，尋求學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的有效路徑。

一、物理科學(xué)思維內(nèi)涵闡釋

（一）模型建構(gòu)

模型建構(gòu)是指學(xué)生基于物理事實與既有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，通過建構(gòu)理想化、科學(xué)化的模型，對物理現(xiàn)象進行抽象化概括，將自身的思維憑借模型從感性不斷向理性推進，從而促進自身物理的科學(xué)思維發(fā)展[1]。

（二）科學(xué)推理

科學(xué)推理是學(xué)習(xí)者進行思維活動的過程，通過對物理現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)等進行提煉、概括、研判、推理、驗證等思維活動，培養(yǎng)學(xué)生物理思維的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性，從而發(fā)展學(xué)生的物理科學(xué)思維。人們對物理科學(xué)的認(rèn)識是漸進的，這就導(dǎo)致了人們認(rèn)知的有限性，當(dāng)一個觀念或者發(fā)現(xiàn)提出后，我們需要借助物理實驗、物理定律等，開展邏輯思維活動，從而檢視物理觀念與發(fā)現(xiàn)的科學(xué)性。

（三）質(zhì)疑與創(chuàng)新

質(zhì)疑與創(chuàng)新是科學(xué)思維的內(nèi)涵，它是在對物理事實、數(shù)據(jù)進行科學(xué)推理與驗證的基礎(chǔ)上提出疑問，進行批判活動，并提出創(chuàng)造性觀念。質(zhì)疑與創(chuàng)新是推動物理科學(xué)不斷向前發(fā)展的關(guān)鍵，也是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的關(guān)鍵。

二、基于科學(xué)思維培養(yǎng)的物理課堂教學(xué)設(shè)計

本文以《超重與失重》一課為例，簡要闡釋了基于科學(xué)思維培養(yǎng)的物理課堂教學(xué)設(shè)計。

（一）構(gòu)建科學(xué)思維情境，調(diào)動學(xué)生生活經(jīng)驗

在物理學(xué)習(xí)過程中，科學(xué)思維的發(fā)展與興趣直接相關(guān)，只有調(diào)動學(xué)生積極的學(xué)習(xí)興趣，才能提升學(xué)生科學(xué)思維活性。因此，在高中物理教學(xué)過程中，我們要改變傳統(tǒng)物理教學(xué)單調(diào)的現(xiàn)狀，注重構(gòu)建科學(xué)思維情境，借助學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象，為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)搭建場景，或者借助生活現(xiàn)象幫助學(xué)生建立起模型，降低學(xué)生學(xué)習(xí)物理的難度，促使學(xué)生借助生活經(jīng)驗，發(fā)展物理科學(xué)思維。

在《超重與失重》一課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，筆者借助多媒體展示電梯里的超重現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察、記錄電梯升降過程中彈簧秤的讀數(shù)與靜止時讀數(shù)的對比，將問題有機地滲透在情境中：電梯在運動過程中，彈簧秤讀數(shù)是如何產(chǎn)生的，表述的是一個什么物理量？彈簧秤示數(shù)的改變說明了什么問題？

筆者借助學(xué)生熟悉的生活中的現(xiàn)象，構(gòu)建了物理學(xué)習(xí)情境，建構(gòu)起超重與失重的生活化模型，使學(xué)生對超重與失重獲得了感性認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，筆者引入超重與失重的概念。這樣的導(dǎo)入不僅水到渠成，也有助于激發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生產(chǎn)生進一步探究的愿望。

（二）搭建科學(xué)思維載體，引發(fā)學(xué)生探究愿望

學(xué)生物理思維不是憑空產(chǎn)生的，需要借助合適的載體進行引領(lǐng)。這就需要教師在物理教學(xué)過程中，注重搭建科學(xué)思維的載體，如設(shè)計問題、任務(wù)，發(fā)揮問題引領(lǐng)作用以及學(xué)習(xí)任務(wù)的驅(qū)動效應(yīng)，將物理教學(xué)知識有機地融合在學(xué)習(xí)任務(wù)、問題中，引領(lǐng)學(xué)生憑借載體展開學(xué)習(xí)活動，從而為學(xué)生的思維提供明確的導(dǎo)向，提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)的目的性與有效性。

《超重與失重》一課在導(dǎo)入基礎(chǔ)上，可以引領(lǐng)學(xué)生回到生活中，讓學(xué)生列舉生活中的超重、失重現(xiàn)象，并自然地引發(fā)出問題：產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象的實質(zhì)是什么呢？教師從生活中的現(xiàn)象引入，使學(xué)生的思維從感性逐步成長為理性；讓學(xué)生自己列舉生活中的超重、失重現(xiàn)象，深化學(xué)生對失重、超重現(xiàn)象的理性認(rèn)識，并在生活中失重、超重現(xiàn)象的幫助下，進行提煉，為問題的提出進行思維鋪墊；問題載體的運用則明確了學(xué)生學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生思維的發(fā)展有了明確的方向。

（三）優(yōu)化物理實驗活動，促進學(xué)生自主建構(gòu)

實踐出真知，學(xué)生物理思維的發(fā)展離不開實驗教學(xué)，物理教師要結(jié)合學(xué)生的學(xué)情特點與物理教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計科學(xué)的物理實驗活動。物理實驗教學(xué)設(shè)計要突出學(xué)生的主體地位，為學(xué)生創(chuàng)造動手實踐的機會，讓學(xué)生在實驗中獲得豐富的體驗。不僅如此，教師還要進一步豐富物理實驗的類型，除了物理演示實驗外，還要積極開展探究實驗、微實驗、模擬實驗等，從而激發(fā)學(xué)生參與實驗學(xué)習(xí)的興趣，促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

例如，《超重與失重》一課提出“產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象的實質(zhì)是什么”的問題，為了幫助學(xué)生進行理性推理，筆者設(shè)計了實驗：探究超重、失重實質(zhì)。

實驗方案采用填空式設(shè)計方式：（1）實驗器材：彈簧秤、鉤碼。（2）裝置：（畫出實驗裝置圖）。（3）按照以下步驟觀察、記錄彈簧秤的示數(shù)如何變化？

步驟1：靜止；加速上升；減速上升。

步驟2：加速下降；減速下降。

在學(xué)生實驗的基礎(chǔ)上，筆者再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗操作與數(shù)據(jù)進行總結(jié)，最后引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識——牛頓運動定律對實驗展開分析，從而得出超重、失重實質(zhì)、運動性質(zhì)等。

實驗設(shè)計改變了傳統(tǒng)物理灌輸式的教學(xué)方式，教師不再是單向地向?qū)W生灌輸物理知識，而是讓學(xué)生動手實驗，讓學(xué)生主動建構(gòu)，從而強化學(xué)生動手實踐的意識；借助牛頓運動定律既有的知識儲備，架構(gòu)起學(xué)生新舊知識之間的橋梁，促進學(xué)生物理知識的有機融合，使學(xué)生的科學(xué)思維變得系統(tǒng)起來，從而有效地提升了學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

（四）注重課堂總結(jié)拓展，實現(xiàn)學(xué)生的思維升級

在高中物理教學(xué)過程中，教師往往會忽視課堂總結(jié)環(huán)節(jié)，拓展形式簡單化，這不利于學(xué)生科學(xué)思維的升級。在高中物理教學(xué)過程中，我們要優(yōu)化課堂總結(jié)環(huán)節(jié)，借助知識樹的形式，引導(dǎo)學(xué)生梳理課堂所學(xué)知識，從而形成系統(tǒng)的知識鏈。在總結(jié)環(huán)節(jié)的設(shè)計方面，我們可以結(jié)合練習(xí)改變教師總結(jié)的方式，引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)，從而促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

《超重與失重》一課的總結(jié)，我們可以借助以下表格題引導(dǎo)學(xué)生自主進行梳理（如表1）。

表1 《超重與失重》重點知識表格

在拓展環(huán)節(jié)上，為了提升學(xué)生的思維品質(zhì)，筆者設(shè)計了一個小實驗：現(xiàn)有側(cè)面打孔的一次性水杯，裝水后將其拋向空中，試分析其在空中運動過程中水是否會從小孔流出？請設(shè)計出一個實驗方案，并說明其中涉及的物理知識與原理。

結(jié) 語

總之，學(xué)生物理科學(xué)思維發(fā)展不是一個短效、簡單的工作，需要我們基于科學(xué)思維內(nèi)涵，有機地結(jié)合學(xué)情與物理教學(xué)實踐，促進學(xué)生自主建構(gòu)能力的發(fā)展與創(chuàng)造能力的成長。