物理教学中培养学生科学思维能力的有效策略

■黄冠

物理教学中培养学生科学思维能力的有效策略

■黄冠

教育的目标是培养学生的核心素养，初中物理教学应将科学思维能力的培养渗透在教学各环节中，逐步培养学生科学推理、质疑思辨、摸索自悟等多种科学思维能力，从而全面提升学生的核心素养。

初中物理 核心素养 科学思维能力 有效策略

义务教育阶段的物理课程作为科学教育的组成部分，是以提高全体学生科学素养为目标的自然科学基础课程。新修订的《高中物理课程标准》将物理课程目标深化为培养学生的“物理核心素养”，即学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，它包括：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任4个要素。由于年龄阶段的特点，目前初中阶段的物理教学非常重视实验探究，但在培养学生科学思维方面做得还很不够。“科学思维”是指能基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。虽然在这方面我们不用对初中生提出太高要求，但作为初中的物理教师还是应该在教学过程中穿插一些提升学生思辨力的教学环节，为之后的初高中课程衔接以及学生的终身发展打下良好基础，这样不仅能让教学过程更加流畅，也有助于提升学生的思维品质。

一、科学推理：事实与猜想之间的桥梁

初中物理新课常以一些与新课内容相关的生活现象、小实验、小魔术等引入，一方面可以引起学生兴趣，另一方面也为后续教学做铺垫，应该说非常有效且实用。但在实际教学中，教师往往会在挑选引入的小实验上动足脑筋，反而忽视了如何从引入过渡到后续的教学。如果教师能在教学过程中精心设计一个发展学生科学推理能力的过渡环节，既不会花太多时间，也能让学生更明确接下来要做什么，有利于让“引入”环节更好地为教学服务，也有利于学生思维的发展。

例如，在“光的折射”教学中，有许多生活中的现象或小实验都与本节内容息息相关，其实这些现象和实验都可以作为本课的引入。与其绞尽脑汁地思考到底选择哪个引入才能引起学生的兴趣、吸引学生的眼球，还不如踏踏实实地选择一个实验，想想怎样才能让它更好地为后续教学服务。笔者在引入这节新课时常用这样一个实验：在一次性纸杯底部中心区域，用红色记号笔画一个直径约为5mm的圆点，然后将杯子放到实物投影仪摄像头的下方（摄像头不要正对底座，而应偏转一定角度），将杯子放置在摄像头可以拍到红点的位置，让学生在投影幕上看到红点，然后将杯子向摄像头偏转的方向慢慢移动，直到学生正好看不到红点为止。此时教师提问：“你们能用前面学习的知识解释一下为什么我们看不到那个红点了吗？”多数学生思考后都能答出：“是因为光在均匀介质中沿直线传播，红点发（反射）出的光被杯子的上边缘挡住了，所以我们看不到红点了。”接着教师慢慢往杯子里倒入清水，在没有移动杯子位置和调节摄像头角度的前提下，同学们惊奇地发现：不一会儿红点又重新出现在投影银幕上了。此时教师引导：“刚才是由于光的直线传播导致我们看不到红点了，但当我在杯子内加入一些水后，我们又再次看到了红点，根据这种现象大家能得出什么猜想呢？”这样，“光从水中传播到空气中很可能不沿直线传播”的猜想很容易就得到了，接下来就是讨论光往哪偏折、设计实验验证、探究光的折射特点等一系列流程了，这样既符合学生的认知特点和规律，也锻炼了学生的科学推理能力。

二、质疑思辨：深化概念理解，实现自主建构

物理概念是物理学的基础，也是中学物理教学的重点、难点。优化物理概念教学是中学物理教学成功的关键，学习物理概念不能靠死记硬背，否则就不能真正理解、灵活运用。比值法是定义物理概念的常用方法之一，如果能够让学生从概念建构中提炼出比值法，理解比值法的思想，并能用比值法定义概念，那么学生的学习就得到了真正的内化，并能提升科学素养，形成物理学科文化。

例如，在“速度”概念建构教学中，当学生了解了“相同路程比时间”和“相同时间比路程”这两种方法后，笔者都会给出两组数据并请学生分析：“从我家到学校的距离约为4km，我开车上班所需要的时间大概是10min；而从我家到嘉兴市区的距离大约是20km，我开车过去大约需要40min，请问我去哪里的车速更快些？”

由于学生在数学学习的过程中早已接触过“速度”的相关计算，于是他们很快就能算出来：第一次的速度是0.4km/min，第二次的速度是0.5 km/min，所以第二次比第一次快。教师接着追问：“那为什么你们会觉得0.5 km/min的速度比0.4 km/min的速度快呢？”经过思考，有一部分同学能够回答出：“0.5 km/min表示汽车每分钟行驶了0.5千米，而0.4 km/min表示汽车每分钟行驶了0.4千米，所以第二次比第一次开得快。”教师再反问：“你们都是用路程与时间的比值来比较物体运动快慢的，那如果我用时间与路程的比值就不能比较出物体运动的快慢了吗？”

听到这个问题，大多数学生都愣住了，只有少部分学生用很不确定的语气说道：“这样也行？”于是我鼓励大家用这种方法也计算一下，看看用这种方法计算出的两个比值能否比较出物体运动的快慢，学生计算后得出：两次的比值分别是2.5min/km和2min/km，然后我让学生尝试着用前面的方法描述一下这两组数据的物理意义：行驶1千米的路程用时2.5分钟和行驶1千米的路程用时2分钟，讲到这里当然就很容易比较出哪次运动得快了。

这时学生七嘴八舌的讨论中夹杂着惊异的对话：“咦，怎么比值越小的那组数据反而表示物体运动得越快了呢？”教师适时引导补充：“考虑到‘比值越小表示物体运动得越快’这种思维不太符合我们的常规认知逻辑，所以物理学上选择了用‘路程与时间的比值’来描述物体运动的快慢，叫做速度，这样大家都明白这个公式的由来了吧？”

初中阶段用比值法定义的物理量还有：密度、压强、功率、比热容、热值等，“速度”这一概念虽然在前面的数学学习中已经接触到了，但当时学生只是被简单地告知有这一公式，然后进行计算，他们并不了解这个定义的来龙去脉。但如果在教学过程中多花个三五分钟，让学生多进行一些比较、讨论和思辨，不仅有助于他们对物理量的定义和物理意义的理解，而且也对后续比值法定义的学习有良好的促进作用。

三、摸索自悟：在交流探讨中实现合作式自主学习

基本测量工具的使用是初中物理教学中的重要内容，学会正确使用测量工具不仅是课程标准的要求、中考考点，也是完成实验探究的基础和保证。由于课本上描述器材使用的相关文字类似于一份说明书，所以许多教师在处理这部分教学内容的时候大多采用“教师直接讲授”或“学生自学”两种方法，笔者并非认为这两种方法不可行，但如果我们能够设计一个让学生观察、摸索、讨论、自悟的教学环节，那不仅能够加深他们对测量工具的了解，同时也能将一个看似并不重要的环节加以深化和拓展，让学生在学习知识的同时也发展了思维。

笔者曾在电流表使用的教学中，偶然间听到学生的对话：“电流表有三个接头，那该怎么连到电路里去呢？”“傻呀，黑的接头肯定要用的，然后两个红的接头里面选一个呗！”听到这里，我真正认识到：学生在进入课堂的时候并不是一张白纸，他们已有自己的想法和认知，我们能否在教学中充分发挥学生的主观能动作用，让他们自行观察电流表的结构特点，然后由学生提出自己的想法或疑问，再由教师引导学生一起讨论、思辨、尝试，最后自己总结出电流表的使用方法及注意事项呢？经过几年的教学实践，我发现学生对于如何使用电流表大概存在以下几个问题：电流表的指针没有指在零刻度怎么办？电流表上为什么有三个接线柱，该如何选择？电流表的表盘上为什么有两排示数，为什么还有负数？电流表该与被测用电器串联还是并联？把这几个问题解决后，学生也就学会如何正确使用电流表了。

在教学实施过程中，我会在课前故意把几个小组电流表的指针调到指向非零刻度的位置，学生在观察电流表时都会发现这个情况，自然就引出了“校零”的问题。接下来由学生在摸索中提出并讨论解决以下一系列问题：1.电流表有三个接线柱，如果将电流表接入电路只需要两个接线柱，那应该怎么选择？2.实际测量过程中不知道被测电流的大小，你觉得该如何在两个正接线柱中作出选择？（可以给出两个不同的电流值，让学生选择合适的接线柱并说出理由）3.为什么你觉得用小量程电流表测出来的数据会更准确呢？4.选择不同量程时，电流表的分度值各是多少？笔者发现，在经过一系列讨论后，同学们基本能达成共识，大家在摸索和自悟中也能够理解并掌握电流表的使用方法，这样的学习方式很活泼，学生也比较感兴趣，教学效果良好。

物理核心素养包含的方面很多，培养学生的物理核心素养也不可能一蹴而就，这需要教师在平时的教学中始终将学科教学理念贯穿于教学每个环节。在物理教学高度重视实验的大环境下，教师更不应该忘记对学生科学思维能力的培养。像实验设计、数据分析、查找错误等环节都是需要学生思考辨析的，如果说实验是外在的形体，那科学思维能力便是内在的灵魂。教师在实际教学中，不妨让教学过程“复杂”一点，让学生在思辨中悟理，让我们物理教学更好地为培养学生的核心素养而服务。

（作者为江苏省苏州市吴江区盛泽第二中学教师）

［1］梁建，张杰，朱翠芹.基于科学探究体验，发展学生核心素养——以初中物理“浮力教学”为例［J］.物理教学，2017(4)：37-40.

［2］夏广平.深入理解核心素养真正实现科学探究［J］.物理教师，2016(12)：23-25.