初中物理教學發(fā)展學生科學思維的策略探析

何靜

《義務教育物理課程標準（2022年版）》首次提出，把促進學生“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”等核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展作為初中物理課程目標，這對初中物理的教學方式提出了新要求?？茖W思維是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的認識方式；是建構物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用；是基于事實證據(jù)和科學推理對不同信息、觀點和結論進行質(zhì)疑和批判，予以檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的品格與能力。[1]筆者結合北師大版物理八年級“自制密度計”一課為例，探討在初中物理課堂教學中如何培養(yǎng)和發(fā)展學生模型建構、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學思維。

1.創(chuàng)設真實學習情境，發(fā)展模型建構能力

從“為遷移而教”的觀點來看，包括創(chuàng)新素養(yǎng)在內(nèi)的整個核心素養(yǎng)的教學，都應該高度重視情境學習，將學生置于真正的情境中，基于現(xiàn)實世界的真實任務進行學習，讓他們把知識與真實的、現(xiàn)實的情境連接起來，有效解決真實任務[2]?；诖耍P者嘗試在教學的設計與實踐中，設計鑒別兩瓶含量分別為50%和75%的酒精這種學生熟悉的生活情境。對于不同濃度酒精的應用，學生雖然熟悉但未從物理學科的角度去思考兩種濃度不同酒精的本質(zhì)不同是什么。這樣的真實情境，對學生的思維有很強的驅(qū)動性，需要學生把不同濃度酒精的本質(zhì)不同抽象出來，即要建構出兩種密度不同的液體模型進行研究，以此發(fā)展學生的模型建構能力。

2.經(jīng)歷儀器的制作過程，發(fā)展科學推理能力

讓學生重演儀器發(fā)明的過程，依據(jù)儀器的核心原理和技術需要，把儀器的結構部件逐步“構造”出來[3]。這樣的教學設計更符合學生的認知規(guī)律，有利于發(fā)展學生的高階思維?；诖?，筆者在教學設計與實踐中，讓學生經(jīng)歷制作簡易密度計的全過程.不同的過程對培養(yǎng)學生高階思維的側重點也不同。在這個過程中，教師設計一系列進階式學習任務，引發(fā)學生深度思考。鼓勵學生自主設計，引導學生思考細鐵絲纏繞的形狀是否對測量密度有影響，進而建立圓柱體密度計模型。制作完成后，需要給其標定刻度。在解決“如何給密度計標定刻度”的問題上，筆者引導學生從溫度計的刻度方法遷移，激發(fā)學生對密度計刻度是否均勻的思考。先實驗探究，后理論分析，引導學生根據(jù)實驗現(xiàn)象進行科學推理，結合已有知識進行科學論證。結果發(fā)現(xiàn)，使用制作好的密度計無法測量液體的密度，引發(fā)了學生的質(zhì)疑。接下來，進一步探討是方法不對還是精度不夠。通過實驗探究結合推理論證找到提高密度計精確度的方法，進而改進密度計。

3.開展實驗探究，發(fā)展科學論證能力

科學論證是以證據(jù)為基礎，借助證據(jù)和邏輯推理獲得的理論依據(jù)支持自己的主張、反駁他人觀點的科學活動。[4]在探究性實驗教學中，教師可根據(jù)教學目標創(chuàng)設情境引入論題，引導學生在情境和已有經(jīng)驗基礎上提出猜想和進行驗證猜想的實驗設計，然后開展實驗收集證據(jù)，并基于證據(jù)與理由闡述和解釋主張。例如，在“密度計”的教學中，教師請學生使用自制的密度計區(qū)分出兩種酒精，結果發(fā)現(xiàn)自制的密度計難以辨別。這就引發(fā)了學生的認知沖突，進一步引出提高精度的進階任務。教師提出問題：如何提高密度計的精確度？有的學生認為密度計的精確度只和吸管的粗細有關，而有的學生認為除了吸管的粗細，吸管上所纏繞的金屬絲的質(zhì)量也對精確度產(chǎn)生影響。在這樣的情景下，引導學生開展分組實驗進行探究。一個小組保持金屬絲的質(zhì)量不變只更換更細的吸管，發(fā)現(xiàn)酒精和水之間的刻線變長了，由此可以判定這種方法可以提高精確度；另一個小組在不改變吸管粗細的情況下增加金屬絲的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)鹽水和水之間的刻線也變長了，由此可以判斷這種方法也可以提高精確度。這樣，根據(jù)定量的實驗數(shù)據(jù)，結合相鄰間隔間刻線越長說明精度越大的推理來闡述自己的觀點。

4.引導類比遷移，發(fā)展質(zhì)疑創(chuàng)新能力

研究表明，類比遷移學習是發(fā)展創(chuàng)新能力的一個重要途徑。一次成功的學習應該要依靠大腦中的舊知識、舊情景，并且要以此為基礎學習新知識和構造新情景，即類比遷移。在教學過程中如何引導學生進行類比遷移呢？例如，在“密度計的制作”教學中，課堂小結環(huán)節(jié)總結密度計的制作過程，梳理出“原理-刻度方法-提高精度”的分析方法。這不僅是密度計的制作方法，更是大部分物理儀器的生產(chǎn)制造過程。由此，引導學生從個別到一般的提升，再進一步應用。這個過程有意識地引導學生從金屬絲密度計遷移到彈簧型密度計，思考彈簧型密度計和金屬絲密度計的原理、刻度方法的相同之處，從而構造出彈簧型密度計的設計圖，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

學生物理科學思維能力的形成與發(fā)展，離不開教師有意識的培養(yǎng)。教師作為教學活動的設計者，應首先確定一節(jié)課所要發(fā)展的能力目標。本節(jié)課基于真實情境，根據(jù)能力目標設計多樣化的教學活動，使學生在進階式任務的驅(qū)動下，實現(xiàn)由被動接受向主動學習的轉(zhuǎn)變，發(fā)展了學生的模型建構能力、科學推理和論證能力，更重要的是讓學生經(jīng)歷了儀器制作和改進的全過程，培養(yǎng)了學生的質(zhì)疑精神和創(chuàng)新精神，有利于落實學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：人民教育出版社，2022.

[2]師保國.核心素養(yǎng)的“教”與“評”——以創(chuàng)新素養(yǎng)為例[J].人民教育，2017（Z1）：47-50.

[3]田成良，王新富.讓學生重演物理儀器的發(fā)明過程——以“溫度計”教學為例[J].物理教學，2019（10）：44-45.

[4]胡紅杏.科學論證的本質(zhì)、價值及教學策略[J].當代教育與文化，2021，13（2）：42-49.