高中物理教學中培養學生科學思維能力策略研究

李懋仕

摘 要：以核心素養為導向開展物理教學，需要教師革新理念、變革教學方式、整合教學資源等來豐富物理課堂，同時也要注重學生科學思維能力的培養，讓學生的學習更具活力。文章以高中物理為研究對象，簡述了科學思維，分析了科學思維的組成要素，討論了培養學生科學思維能力的意義，同時指出當下物理教學中存在的問題，最后結合具體案例對如何將學生科學思維能力的培養落實到位進行了深入研究，期望在有效策略的推動下促進學生科學思維能力的發展，為他們日后的學習打下基礎。

關鍵詞：高中物理；科學思維能力；培養策略

新課標明確了物理四大核心素養，科學思維就是其中之一，而且是學生其他素養發展的關鍵，對學生的科學態度的形成、物理觀念的樹立、責任意識的發展起到了支撐作用。同樣，科學思維也是高中物理教學的難點，需要教師從思想上重視起來，付諸行動?；诖龠M學生的全面提升與發展，在對科學思維內涵、落實路徑分析的過程中，要重新審視當下的物理課堂現狀，通過有效指導，讓學生關注自我綜合素養的發展。作為學生，要根據客觀事實，以嚴謹的態度面對各類問題，這樣才能形成嚴謹的科學思維，為成長與發展打下堅實的基礎。以科學思維能力為指導加強對物理教學的分析與研究非常重要。

一、科學思維概述

科學思維是物理核心素養內容之一，包含認知動機、方式、品質等，通過歸納、抽象、概括等方法形成初步的概念，更好地對建構模型中的重要思維進行全面展現?？梢?，確立科學思維內容、深挖科學思維內涵，對學生科學思維能力培養的研究非常重要。從科學思維自身屬性來看，需要學生結合所學知識和以往經驗，對物理模型進行概括，將其作為推理論證的一種方法，再根據事實證據、科學推理等對相應觀點進行批判性接納，最終將最具價值的方面展現出來。所以，從總體來看，科學思維強調學習者本身從自身認知、以往經驗出發，對客觀事物進行分析，不但要迎難而上也要在探究中更好地認識自己。

物理是一門結合經驗、借助模型建構對抽象物理概念進行科學推理的學科?？茖W思維作為物理核心素養的內容之一，通過建構模型，抓住事物矛盾，探尋事物本質，從特殊模型到一般模型推理，促進學生科學推理與邏輯論證的形成，最終形成自己的物理思想[1]。

二、高中物理科學思維組成要素

（一）模型建構

模型建構是學生物理科學思維發展的基礎。從本質來看，模型建構是思維方式的一種，它向學生介紹了物質本質特征。模型建構即利用模型事物對抽象事物進行展現。為了建構物理模型，學生需要把握住研究對象的本質，通過簡化、概括性地處理把握事物規律。

（二）科學推理

科學推理包含的范圍比較廣，如類比推理、演繹推理、歸納推理等，都是根據某些科學判斷得出其他的判斷。加強對學生科學思維能力的培養，不僅可以改變學生當下的物理學習現狀，還能提升他們的物理學習效率。

（三）科學論證

科學論證指的是利用證據對待研究的科學問題進行論證，以建立起證據和觀點的某種關系，利用證據反駁他人的觀點。通過組織學生開展科學論證活動，可以讓學生對物理原理、現象的把握更深刻，同時有助于培養學生的證據意識、嚴謹的科學態度[2]。

（四）質疑創新

質疑指的是在對某個對象進行分析的過程中提出新的問題?？茖W推理和論證是質疑的重要一環，質疑的結果就是建立新成果的過程。創新則是根據當下的成果，通過分析與研究提出新的結論。質疑和創新是不容分割的，在物理學習中，通過教師理念的優化，教學模式的創新，鼓勵學生質疑，可以提升學生的質疑能力，培育學生的創新精神。

三、在高中物理教學中培養高中生科學思維能力的意義

在高中階段的學習中，學生面臨著高考、課業繁重壓力的挑戰，學習壓力大。物理知識點多且抽象，學生難以準確把握，以致他們的物理學習興趣不濃厚?？茖W思維的培養，可以讓學生從宏觀視角看問題，這樣復雜的理論知識就有了解決的路徑，同時幫助學生樹立物理學習的自信心。

（一）為學生物理學科學習打好基礎

以科學思想為指導，對物理教學內容進行規劃，可以優化學生的物理思維，有助于實現物理資源的有效整合，讓學生在學習中對熟悉的課程與教材開展深入的分析。在學生遇到問題的時候，可以運用科學思維開展探索。學生對物理知識的探究欲望，需要學生具備獨立思維，需要學生具備批判性的理解和判斷，這樣才能更好地超越自我[3]。

（二）促使學生發散思維

學生科學思維的發展不僅有助于物理學習，同樣可以讓學生從多個角度進行思考，打破思維定式。以科學思維解決問題，還可以切換角度對內容、方法進行探索，整體探究有一定的創新性、靈活性，可以完成對科學思維方法的系統化處理，讓學生對物理學習瓶頸進行深層次突破，以促進學生發散思維能力的提升。

（三）讓學生掌握好的學習方法

良好的學習方法是促進學生深入學習的關鍵。物理學習需要思維判斷，生搬硬套的方式很明顯無法讓學生應對復雜的、綜合性的問題，所以在學生的物理學習中，教師指導他們從物理角度對事物做出判斷與分析非常重要。

（四）物理學科的要求

從宏觀視角來看，新課標更強調學生綜合能力的發展，不但要掌握基礎知識，更要通過探索具備一定的意志品質和關鍵能力。在學生探究過程中，可以結合自己的理解對物理知識進行整合與分析，而學生科學思維的發展，可以讓他們的信息整合渠道更廣泛，可以讓他們在問題解決中更高效[4]。

四、傳統高中物理教學中存在的問題

（一）理念落后

受到應試體制的影響，教師教學的重點就是將書本知識傳遞給學生，很少了解學生的學習情況。隨著人才市場競爭壓力的不斷加大，如若學生不具備一定的學習力、思維力，就會降低他們的學習效果，還會影響他們的學習信心。隨著教學改革的發展和滲透，雖然這種情況有所減少，但依然有很多教師未意識到學生科學思維能力發展的重要性。在應試理念下，考試成了教師檢驗學生學習成果的標準，特別是在高中階段，家長和教師視高考為學生改變命運的唯一路徑，在這種觀念的影響下，學生的科學思維能力勢必不會得到重視。而且過分關注成績，也會在無形中加大學生的壓力，阻礙他們成長與發展。

（二）教學手段單一，忽視與現實的聯系

在當下的物理教學中，教師往往都是以教材為依據開展教學，導致整個課堂沉悶、枯躁，難以激發學生的學習興趣。這種單純的知識教學，不僅難以引發學生的興趣，還會讓學生產生厭煩心理。而且在物理教學中，教師按照章節開展講解，忽視了知識的聯系，這樣學生掌握的知識是零散的，無法整合知識解答實際問題，也無法將所學用于現實問題解決中去[5]。

（三）課堂反饋不全面

高質量的教學是師生合作完成的，在開展教學中或者考試完后，教師不但要檢驗學生的學習成果，更要對學生開展評價，讓他們全面地了解自己。但高中學習壓力大，學生課業負擔重，教師根本沒有時間對課堂的教學情況進行反饋，只是指出問題和不足，沒有對學生表現優秀的地方給予肯定。在這種片面性的課堂評價中，會讓學生產生挫敗感。在課堂反饋中，教師一定要認真對待，發揮反饋的積極作用，在肯定學生優秀部分的同時，適時指出不足，這樣才能促使學生深入地學習。

五、以學生科學思維能力培養為目標的高中物理教學策略

核心素養是當下教學改革與優化的方向，科學思維則是核心素養的重要內容之一。作為教師，只有認識到學生科學思維能力發展的重要性，采取合理的方式開展教學，才能為學生科學思維的發展提供動力支持。

（一）讓學生體會理想模型的建構過程

理想模型即理想模型法，通過構建模型簡化問題，抓住關鍵點對問題進行理想化處理，抓住物理規律。為了形象、具體地對物理規律進行描繪，教師可以引入一些理想模型。而且新課標還對學生的模型建構能力進行了層次劃分：一是說出最為常見的理想模型；二是基于真實環境建立常見的模型；三是運用模型解決問題；四是將簡單問題轉化為模型；五是將復雜問題轉化為物理模型。在物理模型學習中，教師切忌直接給出概念讓學生記憶，而是通過準備建模過程，通過設置問題將學生帶入模型建構中來，在解決問題中了解建模的應用，感悟建模中的科學思維方法，為學生科學思維能力的提升奠定堅實的基礎。文章以魯科版物理知識點“速度和加速度”為例，對學生科學思維能力培養的三個過程進行了如下的分析。

1.經歷建模過程，產生直觀模型影像

課堂開始，為學生展示小轎車、火車、摩托車的初始時刻速度、可以達到的速度、啟動所用的時間，提出問題“三種車輛速度隨著時間的變化有什么規律”“不同類型的車運動速度有快、有慢，應該如何描繪物體運動速度的快慢呢？”經過學生的分析和討論得出：要比較速度改變的快慢，必須在統一標準下進行。教師順著學生的回答繼續說道：找到統一的標準也就是要找到單位時間內速度的改變量，用物理術語來講就是“加速度”。學生經歷的模型建構過程，會在腦海中建立起“加速度”的清晰感受，為新知識的學習奠定基礎[6]。

2.通過現象把握本質，提煉準確的觀點

教師可以利用實驗為學生展示物體的運動。利用打點計時器、紙帶、細繩、刻度尺等是本次實驗的重要材料，按照要求安裝，然后為學生演示本次的實驗（一共重復三次），而后以圖像的方式將實驗的紙帶計數點的距離、時間間隔相等的計數點展現在屏幕上，讓學生通過分析、計算求出物體運動的加速度。通過本過程的開展，學生對物體加速度的運動有了直觀的感受，再通過對實驗數據的分析，探索出物體的加速度。這樣就可以促進學生科學思維能力的提升。

3.感悟思維方法，提升學生的知識遷移能力

在教學中構建理想模型，需要教師對模型中涉及的知識點開展分析，同時也需要學生領悟復雜問題的科學思維方法。在得出實驗結論后，繼續引導，推動學生科學思維能力穩步提升。

教師：在理想化模型的構建中運用了物理學中的哪些常用方法，前面是否出現過類似的

建模？

學生：勻變速直線運動、自由落體運動。

教師：本課突出了哪一種思想方法？

學生：化繁為簡的方法，將物體運動看作勻變速直線運動，可以降低探究的難度。

在上述過程的教學中，不僅深化了學生對有關知識點的理解，還讓學生的思維方式更科學、合理。

（二）引導學生開展類比推理

科學推理指的是根據一個或幾個已經知道的結論推導新結論的思維方式?？茖W推理的方式有很多，最為常見的有演繹推理、類比推理。文章以類比推理為例，以“電壓的作用”作為載體，從選擇類比對象、把握各自屬性、對比分析三個方面對運用類比推理培養學生科學思維能力的過程進行了分析。

1.確立類比對象，讓學生初步感知具象思維

感知具象思維指的是直接接觸的具體表象。在物理教學中，可以通過學生自主實驗、教師實驗這兩種方式讓學生感知。為了進一步強化學生的印象與感知，教師可以選擇小組合作的方式，讓學生開展“小燈泡通電、斷電”的實驗，通過實驗現象的觀察得出“電壓讓電路中形成電流，電源是提供電壓的裝置”的結論。為了讓對電壓、電流這種抽象概念理解得更深刻，教師可以將電壓比作水壓，將電流比作水流，提問它們存在哪些相同處？下面教師為學生演示“抽水機抽水的實驗”，讓學生清晰地觀察水流的形成過程。通過上述實驗過程的引導，通過學生的觀察與分析，建立了感性具象思維[7]。

2.把握各自屬性，建立抽象邏輯思維

文章所指的抽象邏輯思維是對抽象的概念進行判斷的思維，是最為常見的一種思維方式。利用類比推理開展物理教學，可以在確保學生感性觀察的基礎上，分析現象背后的本質，通過合理判斷、正確推理建立起抽象邏輯思維。例如，在上述的兩次物理實驗中，學生要對實驗現象進行觀察，對觀察到的物理現象進行分析對比，通過這一過程讓學生把握住兩種不同事物的本質屬性：抽水機—水壓—水流；電源—電壓—電流，將這六大概念印刻在學生的腦海中。同時，學生也要判斷上述概念是如何對應相連的，通過分析、推理形成抽象邏輯思維。

3.對比分析，促進學生理性具象思維的形成

理性具象思維指的是在對物體感性觀察上借助分析與綜合，對事物本質把握的過程。這一過程也是學生邏輯思維發散上升到思維具象的過程。經過了上述兩個環節，學生對實驗現象、核心概念有了基本的把握，而后教師指導學生利用思維導圖的方式對電流與水流的形成過程進行對比分析。很明顯本過程開展的目的就是將學生可見的水流形成現象抽象為電流的形成過程，促進學生理性具象思維的升華。

（三）培養學生的證據意識

證據意識是學生探究物理規律不容忽視的素養之一，實驗數據處理、結論得出都要以證據做依托。關于學生的證據意識，新課標將其劃分為了五大層次：一是準確區分觀點和證據；二是用證據闡述自己的觀點；三是恰當地使用證據表達自己的觀點；四是恰當利用證據證明自己的結論；五是考慮證據的可靠性，學會合理利用。培養高中生的證據意識，可以從如下方面著手。

1.提升學生對證據重要性的認識

證據是物理學科得以持續發展的支撐，也是學生科學思維發展的支點。在課堂教學開展中，為了強化學生對證據重要性的認識，教師可以引入物理學家的案例。例如，伽利略通過實驗的方式推翻亞里士多德定律。近兩千年來，人們都相信亞里士多德的“圣言”：重的物體比輕的物體下落得快。伽利略在做單擺實驗的時候發現，單擺上系的輕重不同的石塊，從最高點下落到最低點所用的時間是相同的。他對“圣言”產生了懷疑，斷言不同重量的物體從同一高度同時下落，將會同時落地。為了證實這一點，伽利略利用斜面“沖淡重力”的辦法做了著名的滾球實驗，他用自制的“水鐘”來測量時間，證實了不同重量的滾球在同一斜面上滾下的時間是相同的。發現斜面上的滾球在相等的時間間隔里通過的距離的比例是1：3：5：7……，這個比例同斜面的傾斜程度無關。他進一步推測，自由下落是斜面的一個極端情形，這些規律在自由落體中也應該成立，推翻了亞里士多德的結論，建立了科學的落體定律。尋找證據對科學研究的重要性不言而喻。這樣學生就會認識到科學研究的重要性，而后在物理學習中也會樹立起證據意識。

2.提升學生對證據的說理認識

證據說理是科學思維的一部分，也是學生思維展現的一種方式。在物理學習中，教師要為學生創造說理的機會。比如在“失重、超重”的學習中，教師組織學生開展了一次實驗互動：將兩本書的分頁插在一起，而后提出問題“是否可以將兩本書拉開”，很多學生通過反復的實驗都沒有成功。最后一名學生上來，通過迅速下蹲的方式將插在一起的分頁拉開了，并解釋道：“當物體在失重狀態下，物體間沒有壓力，所以，書頁間也沒有摩擦力?！钡芏鄬W生不相信，又有很多學生開始嘗試，依舊沒有獲得成功。就在大家陷入迷茫的時候，教師給予點撥：剛才這名學生表述的原理是對的，但卻未拿出證據進行闡述。于是，教師帶領學生開展了另一個實驗，“在一個塑料瓶的四周扎幾個眼，然后裝滿水將瓶子舉高，大家可以看到水從四周噴射出來，而后提醒大家注意看，一松手，瓶子自由下落，但是水卻不流了”。這時大家才明白了這名學生的講述是正確的。

培養學生的證據意識，引導學生分析與思考，可以實現證據意識和物理教學的結合，對學生科學思維能力的發展有著重要的作用。

（四）引導學生質疑

一切科學探究的開始都源自學生的疑問，教師也要引導學生不斷地質疑。質疑的產生分為兩個方面：一是對知識理解不深，不能解決提出的疑問；二是觀察到的現象不符合認知，對現有認知提出提問，這是值得提倡的。很多物理發現都是從質疑開始的，比如文章上述提到的伽利略的自由落體定律，就是在自己推理基礎上對亞里士多德的觀點產生懷疑，而后再通過實驗進行論證。

（五）做好教學效果的評價工作

在當下的物理教學中，教師采取量化的方式對學生的物理學習開展評價，難以將評價的激勵、改進功能發揮到位。以分數為主的評價忽視了學生的主觀感受與個性表達，學生難以和大家分享自己的學習心得，這會阻礙學生科學思維的發展。面對這種情況，教師只有根據新課標的要求，建立起促進學生全面發展的評價機制，才能客觀、合理地對學生的科學思維發展情況進行評價。為了提升本次評價的有效性，教師要把握好科學思維的內涵、本質及構成，對學生科學思維發展情況做出合理評價，將學生自身的潛能挖掘到最大。同時，在總結評價的基礎上，教師更要將形成性、發展性的評價納入整個評價體系中來，根據學生的學習反饋優化教學方法。關于評價的主體，更要引入學生自評、同伴互評，在大家的評價中讓學生對自己有全新的認識，促進自身科學思維能力的發展。另外，教師也要加強對自身教學的反思，挖掘課堂內存在的問題，根據學生的反饋調整，以促進學生科學思維的發展。

結束語

綜上所述，科學思維是現代人的必備能力之一。但是受到內外部因素的制約，在高中物理教學中培育學生科學思維能力還有很長的一段路要走，需要教師認真學習，具備一定的耐心和恒心，根據現實情況有效指導，如此才能提升學生的物理學習效率與質量。在核心素養導向下的物理教學中，學生科學思維能力的發展對他們來講非常重要。為了將學生科學思維能力的培養落實到位，需要教師轉變理念，積極優化課堂模式，采取合理的方法對學生開展針對性訓練，為學生科學思維能力的提升奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]王思琪，張勇.試談以學生科學思維能力培養為目標的高中物理教學策略[J].學周刊，2023（4）：9-11.

[2]楊洪山.高中物理實驗教學中促進學生創新思維發展的策略探討[D].濟南：山東師范大學，2011.

[3]姚恒美.新課程高中物理探究性實驗教學實踐分析：基于學生科學思維能力培養研究[J].中學課程輔導（教師通訊），2020（19）：35-36.

[4]謝書琴.高中物理實驗教學中科學思維能力的培養策略探究[J].教育界，2022（30）：59-61.

[5]茍向東.注重探索過程發展科學思維：高中物理教學中科學思維的培養策略[J].學周刊，2022（15）：32-34.

[6]劉翠.高中物理學科核心素養科學探究教學中成長型思維培養策略[J].學生·家長·社會（學校教育），2019（11）：31.

[7]王茂星.核心素養理念下高中物理培養學生科學思維的有效策略[J].中華少年，2019（27）：174.