試談以學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)的高中物理教學(xué)策略

王思琪，張 勇

（吉林師范大學(xué)，吉林四平 136000）

隨著高中課程教學(xué)改革的不斷深入，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)成為越來越多人的共識(shí)。就高中物理而言，其學(xué)科核心素養(yǎng)主要涵蓋物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面。若能夠在教學(xué)中做到四方面能力培養(yǎng)的同步兼顧，則可滿足高中學(xué)生在未來求學(xué)或就業(yè)等方面的發(fā)展需求?？茖W(xué)思維是高中物理學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的核心影響因素，擁有科學(xué)思維的學(xué)生能夠積極獲得物理理論、主動(dòng)創(chuàng)新物理實(shí)操技能、客觀分析并解決問題。然而，當(dāng)前的高中物理教學(xué)還存在對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)不充分、不全面等問題，相應(yīng)的教學(xué)策略也存在一定的不足，因此加強(qiáng)對(duì)高中物理教學(xué)策略的研究，努力實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的教學(xué)目標(biāo)，顯得意義重大。

一、科學(xué)思維概述

思維，是比“思考”更有深度和高度的專業(yè)概念。后者主要是指圍繞一個(gè)現(xiàn)象或一個(gè)問題做出分析推斷的活動(dòng)，以求獲得新的認(rèn)知結(jié)果；前者則更強(qiáng)調(diào)人所擁有的可以對(duì)表象概念實(shí)施歸納、分析、推理、調(diào)整的內(nèi)在能力，包括了思考的過程。而科學(xué)思維，則可視為人們?cè)诳茖W(xué)活動(dòng)中所培育成型的一種思維。詳細(xì)來說，其指的是在科學(xué)實(shí)踐中尊重客觀事實(shí)或可靠證據(jù)，以求實(shí)態(tài)度應(yīng)用歸納、演繹、批判、推理、建模、創(chuàng)新等方法最大限度地獲得對(duì)世界的認(rèn)識(shí)，并獲得解決現(xiàn)實(shí)問題的思維能力。

科學(xué)思維有著鮮明的特點(diǎn)：首先是普遍性，作為人類實(shí)踐中的重要產(chǎn)物，在不同群體中均普遍存在；其次是可證性，科學(xué)思維既能夠通過一定的手段提前論證預(yù)測(cè)，又能夠按照科學(xué)路徑獲得驗(yàn)證；最后是主觀性，科學(xué)思維雖普遍存在，但會(huì)因人而異，特別會(huì)受人的主觀臆斷的影響。在某項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，若人們主觀地堅(jiān)持開展學(xué)習(xí)、探究、假設(shè)、研析、推斷，就會(huì)不斷感知科學(xué)事實(shí)，獲得更確切的預(yù)測(cè)內(nèi)容。

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)曾將科學(xué)思維作了進(jìn)一步的要素解析，認(rèn)為科學(xué)思維主要涵蓋模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。諸要素本質(zhì)上都屬于一種思維方式，是人們?cè)诶碚撗芯亢蛯?shí)踐探索中所使用的思維能力，同樣也是高中學(xué)生需要認(rèn)真學(xué)習(xí)物理理論知識(shí)與解決問題方法的重要思維能力。

二、高中物理教學(xué)設(shè)立學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)目標(biāo)的重要性

（一）擴(kuò)大物理認(rèn)知，易于學(xué)習(xí)知識(shí)

高中物理教學(xué)中，隨著教師對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)的持續(xù)重視，學(xué)生將逐步加深對(duì)物理學(xué)科重要性的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)物理的神奇與實(shí)用，繼而激發(fā)更多的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象后習(xí)慣于保持嚴(yán)謹(jǐn)思維邏輯來分析問題，從而論證物理結(jié)論甚至創(chuàng)新獲得新知，同時(shí)還將主動(dòng)擴(kuò)大物理知識(shí)涉獵面，汲取更多的物理知識(shí)來滿足自己的探索需求，這樣會(huì)讓學(xué)習(xí)狀態(tài)保持在較高水平。因此，高中物理教師應(yīng)設(shè)立學(xué)生的科學(xué)思維能力培養(yǎng)目標(biāo)，不斷培養(yǎng)和強(qiáng)化符合學(xué)生個(gè)人實(shí)際的邏輯思維方式，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（二）提高分析能力，便于解決問題

通過學(xué)習(xí)物理知識(shí)，學(xué)生能夠最大限度地將所學(xué)用于科學(xué)解釋世界，客觀總結(jié)規(guī)律，解決實(shí)際問題。首先，學(xué)生會(huì)在不斷完善物理知識(shí)體系的過程中對(duì)各種現(xiàn)象或情境習(xí)慣性提出問題，并著眼于現(xiàn)象、細(xì)節(jié)以及關(guān)聯(lián)要素來組織邏輯分析，從而可抓準(zhǔn)物理知識(shí)的正確調(diào)用時(shí)機(jī)，為解決問題奠定基礎(chǔ)。其次，學(xué)生對(duì)不同物理現(xiàn)象以及物理問題進(jìn)行知識(shí)調(diào)用后，會(huì)留心觀察并歸納物理屬性、物理狀態(tài)、物理反應(yīng)過程等不同特點(diǎn)建立包含物理問題、物理思維、物理原理的科研內(nèi)容，從而為解決問題提供保障。最后，隨著分析的不斷深入，學(xué)生可以進(jìn)一步總結(jié)提煉或推演論證各類物理規(guī)律，又會(huì)在整合物理規(guī)律中找準(zhǔn)物理問題的解決方法，最終有效破除難題。

（三）培養(yǎng)思維能力，形成理性思維

高中物理課上，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力為目標(biāo)來開展教學(xué)，其重要性還體現(xiàn)在可幫助學(xué)生突破傳統(tǒng)思維方式，跳出固化的思維局限，鍛煉學(xué)生一旦發(fā)現(xiàn)和審視問題，就保持全面性、系統(tǒng)性的思維習(xí)慣。在培養(yǎng)科學(xué)思維能力的過程中，學(xué)生會(huì)在潛移默化中轉(zhuǎn)變自己看待問題的角度與層次，主動(dòng)磨煉自身對(duì)規(guī)律、準(zhǔn)則等內(nèi)容的整合歸納能力，從而不斷建立理性思維，更加冷靜地思考問題，富有條理地提出解題方法，設(shè)計(jì)解題方案，并可以客觀地評(píng)價(jià)自身在解決問題方面存在的不足，在積極修正不足的過程中提高自身的科學(xué)思維能力。

三、以科學(xué)思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)的高中物理教學(xué)策略

（一）合理打造教學(xué)模式

教師的教學(xué)實(shí)踐應(yīng)是高度符合教學(xué)目標(biāo)的。此前提下，教師可在保持常規(guī)教學(xué)內(nèi)容不變的同時(shí)，客觀衡量學(xué)生的身心特征，評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與接受水平，進(jìn)一步探尋創(chuàng)新性的教學(xué)方法，營(yíng)造積極的教學(xué)氛圍，打造科學(xué)合理的教學(xué)模式。

考慮到高中階段的學(xué)生思維已變得更加活躍，他們會(huì)隨著物理知識(shí)的增加而積累更多的物理認(rèn)知，從而形成科學(xué)思維。而且，學(xué)生還會(huì)接受教師的啟發(fā)引導(dǎo)，共同交流營(yíng)造特定物理學(xué)習(xí)情境。面對(duì)教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生會(huì)認(rèn)清當(dāng)前階段自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并明確自身知識(shí)儲(chǔ)備方面存在的缺陷與短板，合理調(diào)用自己的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與技能，通過一定的思維探究來加工科學(xué)材料，從而形成對(duì)物理現(xiàn)象、客觀事物的規(guī)律、本質(zhì)的新認(rèn)知，獲得科學(xué)思維結(jié)果。因此，要想構(gòu)建新的教學(xué)模式，以期達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的目標(biāo)，教師需要將以上分析中所提到的認(rèn)知情境、科學(xué)問題、思維材料、思維過程、科學(xué)結(jié)果等作為模式構(gòu)建要素，從而可得到師生交互作用下以學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)為主線的教學(xué)模式。具體來說，教師必須認(rèn)真設(shè)計(jì)教學(xué)方案，全面把握學(xué)科課標(biāo)要求、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生素質(zhì)特點(diǎn)，并合理安排教學(xué)模式中各要素以及相關(guān)關(guān)系，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。

（二）合理設(shè)置物理問題

在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的過程中，教師要為學(xué)生的剖析、判斷、推理等能力建立一定的探究基礎(chǔ)，但前提是要促發(fā)學(xué)生更多的探究興趣，并嘗試自主開展探究。因此，教師應(yīng)該合理設(shè)置物理問題，增強(qiáng)問題的趣味性、開放性、探究性，同時(shí)保持問題與實(shí)際現(xiàn)象之間的聯(lián)系，從而可以更好地讓學(xué)生抓準(zhǔn)自己的關(guān)注點(diǎn)，圍繞自己有能力解決的問題進(jìn)行多維度思考解決；圍繞自己尚且無法解決的問題主動(dòng)進(jìn)行猜測(cè)和推理驗(yàn)證。由問題來驅(qū)動(dòng)學(xué)生的科學(xué)思維活動(dòng)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力方面不可缺少的步驟。

例如，在講解“摩擦力”相關(guān)單元內(nèi)容中，教師可以先行于授課前向?qū)W生演示一個(gè)簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)。將粉筆、黑板擦、課本等于課桌上，輕推之后，讓學(xué)生觀察不同物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并提出問題：“為什么這些物體在桌上前進(jìn)一段距離后就停下來了？”這個(gè)問題會(huì)迅速幫助學(xué)生回想在日常生活中經(jīng)常遇到的此類現(xiàn)象，并結(jié)合自己已經(jīng)學(xué)過的運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)方面的物理知識(shí)回答出存在摩擦力而產(chǎn)生反作用力阻止物體運(yùn)動(dòng)之類的答案。此后，教師還可以進(jìn)一步結(jié)合學(xué)生的回答來拓展問題，不斷增加問題的難度，同時(shí)又能在實(shí)際生活中找到相關(guān)的物理情境，從而始終讓學(xué)生保持對(duì)問題的思考與解答的興趣。隨著探討的不斷深入，學(xué)生的科學(xué)思維得到擴(kuò)散和延伸，思維能力大幅提升。

（三）科學(xué)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境

物理是一門具有實(shí)踐性的學(xué)科。作為物理教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可將抽象物理概念轉(zhuǎn)化為直觀生動(dòng)的可視教學(xué)內(nèi)容，便于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。然而，不少物理實(shí)驗(yàn)受到課堂時(shí)長(zhǎng)以及實(shí)驗(yàn)條件的影響，往往僅是教師演示而學(xué)生模仿操作，雖然能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是會(huì)削弱學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的科學(xué)思維活動(dòng)。為此，教師需要認(rèn)真確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方案，盡可能打造有益的實(shí)驗(yàn)情境，與學(xué)生一道體驗(yàn)從設(shè)計(jì)、操作、觀察到分析總結(jié)的實(shí)驗(yàn)全過程，鼓勵(lì)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)探索。在此過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)出來，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)也更加明確，他們會(huì)在專注于實(shí)驗(yàn)操作的過程中樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)觀。

例如，在“測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師可預(yù)先向?qū)W生提議打造一個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì)的生活場(chǎng)景，并建立對(duì)短跑選手加速方法進(jìn)行探究的實(shí)驗(yàn)課題。該課題要求學(xué)生自主觀察運(yùn)動(dòng)會(huì)上百米短跑選手的跑步狀態(tài)，嘗試猜測(cè)并實(shí)驗(yàn)探究短跑選手在百米賽道的不同階段的加速技術(shù)特征，以總結(jié)出課題的結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，新課題的提出具有新意，學(xué)生會(huì)樂于探究，一方面會(huì)在腦中浮現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員加速的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，另一方面也會(huì)積極調(diào)用自己已學(xué)的物理知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行解析，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究驗(yàn)證，不斷向正確答案靠近。

（四）聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活案例

人的日常生活中，總是存在各種各樣的現(xiàn)象，是需要用物理理論知識(shí)來解釋的，因此物理學(xué)科與生活密不可分。雖然物理學(xué)科中的一些知識(shí)、規(guī)律、定理等顯得十分抽象和復(fù)雜，但這些內(nèi)容往往都出自生活。因此，學(xué)生要有意識(shí)地總結(jié)生活中的物理原理與規(guī)律，這有益于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展與突破。高中物理教師可以在日常教學(xué)中將課堂所講內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活進(jìn)行對(duì)照關(guān)聯(lián)，越是學(xué)生熟悉的場(chǎng)景案例，越可以讓學(xué)生有興趣進(jìn)行本質(zhì)剖析與內(nèi)容挖掘。

例如，在“向心力”單元內(nèi)容教學(xué)中，教師可先拋出游樂場(chǎng)玩樂這樣的生活場(chǎng)景，向?qū)W生描述游樂場(chǎng)中乘坐旋轉(zhuǎn)飛椅的場(chǎng)景特點(diǎn)，然后告知學(xué)生這一游樂設(shè)施的運(yùn)動(dòng)原理實(shí)際上就是細(xì)線懸掛小球在水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。教師可以向?qū)W生提出問題：“旋轉(zhuǎn)飛椅在設(shè)施運(yùn)行中受到哪些力，合力指向哪里？”學(xué)生會(huì)結(jié)合懸掛小球的勻速圓周運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)來回答出“旋轉(zhuǎn)飛椅受重力、纜繩拉力的作用，并指出合力的方向是沿軌跡圓的半徑指向圓心”。然后教師可以進(jìn)一步發(fā)問：“合力是否可以指向左下方，而不在與軌跡圓持平的水平面內(nèi)？”多數(shù)學(xué)生會(huì)持否定態(tài)度，認(rèn)為小球始終在同一平面發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，因此合力也會(huì)在水平面內(nèi)。

（五）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)反思

在物理課堂教學(xué)結(jié)束后，教師進(jìn)行教學(xué)反思是十分必要的。主要的做法就是時(shí)刻觀察學(xué)生的表現(xiàn)，積極收集學(xué)生提出的教學(xué)反饋，回顧教學(xué)中的不足，對(duì)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)與內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)梳理。同時(shí)，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生自制思維導(dǎo)圖，加強(qiáng)對(duì)授課內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)歸納，讓學(xué)生自行補(bǔ)充相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，不斷通過圖形符號(hào)來拓展科學(xué)思維。值得說明的是，教師應(yīng)該結(jié)合授課內(nèi)容以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力為目標(biāo)，積極反思科學(xué)思維所包含的四要素方面的教情和學(xué)情。

如在“向心力”單元內(nèi)容教學(xué)后，教師可以首先反思自己如何培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，可以提出“勻速圓周運(yùn)動(dòng)的理想狀態(tài)如何展現(xiàn)”等問題，并改變自己的教學(xué)內(nèi)容。在開始授課時(shí)，教師可以提出更多的生活案例，引導(dǎo)學(xué)生思考處于圓周運(yùn)動(dòng)的物體在運(yùn)動(dòng)中越來越慢并最終停止的現(xiàn)象，如何來實(shí)現(xiàn)理想態(tài)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。學(xué)生往往會(huì)構(gòu)建質(zhì)點(diǎn)模型，以理想化方法來思考解答，重點(diǎn)就是將實(shí)際物體設(shè)想為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，先忽略圓周運(yùn)動(dòng)受阻力影響的情況，從而獲得勻速圓周運(yùn)動(dòng)的理想模型。當(dāng)然，教師還應(yīng)引入分階段假設(shè)、聯(lián)想類比、等效替代等方面來建模，讓學(xué)生獲得更多的思維感悟。其次在反思如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力方面，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考“對(duì)于細(xì)線懸掛的物體在旋轉(zhuǎn)中，為何可將細(xì)線拉力視為向心力”的問題。教師可從一般情形向極限思想進(jìn)行引導(dǎo)，并向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)推理，從而獲得合理驗(yàn)證。教師要讓學(xué)生明白教材所示內(nèi)容都有更多的思維創(chuàng)新點(diǎn)。教師應(yīng)加強(qiáng)教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生在思維脈絡(luò)拓展中實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通。

四、結(jié)語(yǔ)

科學(xué)思維能力是高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)不能忽視的關(guān)鍵內(nèi)容?？茖W(xué)思維能力并非靠學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)掌握物理操作技能就可以獲得，而是需要教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更高層次的思考并進(jìn)行推理，要敢于質(zhì)疑，并批判質(zhì)疑要敢于假設(shè)并實(shí)驗(yàn)論證。只有這樣才能循序漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，真正培養(yǎng)學(xué)生自主探究以及解決實(shí)際問題的良好品質(zhì)。