基于科学思维培养的初中物理教学策略

沈伟云

(嵊州市教体局教研室，浙江 绍兴 312400)

理性思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式,是学生核心素养的重要组成部分,也是适应学生终身发展的关键能力.《中国学生发展核心素养》指出,崇尚真知,能理解和掌握基本的科学原理和方法,尊重事实和证据,有实证意识和严谨的求知态度;逻辑清晰,能运用科学的思维方式认知事物、解决问题、指导行为等[1].教学实践表明,理性思维能有效地帮助学生进行观察、比较、分析、综合、归纳、演绎、概括、抽象.库恩认为,理性思维是智力发展的最终目标,教育的核心在于发展学生的思维,尤其是理性思维.但在实际物理教学中,由于长期受应试教学影响,许多教师往往注重知识和技能的传授,而忽视学生理性思维的培养.怎样在物理教学中去培养学生的理性思维呢?

1 建构模型,培养学生分析能力

理性思维是物理教学的核心,建构和使用模型是形成理性思维的基本途径.物理是一门研究问题复杂,影响因素众多的科学,在实际教学中,为了便于分析问题,经常采用“简化”方法,即对实际问题进行科学抽象,抓住其主要因素,忽略其次要因素,建立一种理想化的物理模型.再迁移运用物理知识,获得问题解决,同时也培养了学生分析问题的能力.

图1 引擎盖杠杆模型

例如在对汽车的发动机做检修时,经常需要抬起引擎盖,在抬起引擎盖的过程中应用了什么物理原理?就需要如图1所示把引擎盖抽象成杠杆模型,在此基础上,教师可设置问题串: ① 引擎盖属于哪类杠杆?② 在引擎盖抬起过程中,重力G的力臂发生什么变化?③ 向哪个方向施加的力最小?

建模,是通过发展思维模型来认识和思考研究对象,并以一定理想化的、简单化的东西来表示.[2]在分析问题时,教师要引导学生进行比较,抓住问题主要矛盾,忽略次要影响因素,把需要解决的问题转化为学生熟知的物理模型,纳入到学生已有的认知图式之中.

2 提出问题,培养学生推理能力

物理推理能力是以已有的物理知识和所给的事实与条件,进行逻辑推导,推出正确的判断或结论的个性心理特征[3].学生学习物理的过程究其实质就是提出问题、解决问题的思维活动过程,引导学生推理就是很重要的一种解决问题方式.

例如夏天雨后的天空,有时会出现美丽的彩虹,彩虹是怎样形成的呢?究其原因,可引导学生进行推理,如图2所示,太阳光经雨滴发生第一次折射后形成不同的单色光,不同单色光经雨滴的反射和第二次折射后以不同角度射出.又如图3所示,由于雨滴高度不同,导致经不同雨滴折射进入人眼的单色光不同,又由于雨滴数量巨大,导致大量不同的单色光进入人眼,这就是人观察到彩虹的成因.

图2 彩虹的形成

图3 太阳光经过不同雨滴折射

美国国家科学研究理事会(NRC)指出,传统课堂教学中学生记忆的科学知识很容易被遗忘,而“参与科学推理”的过程会让学生的科学思维得到发展,同时促进对科学知识的理解[4].教师可通过创设情景,引导学生提出问题,然后运用推理方法致力于问题解决,从中培养学生科学推理思维能力.

3 归纳演绎,构建知识思维导图

归纳是从特殊事实中概括出一般原理或规律,是一种经验的方法,演绎则是根据“一般原则解决具体问题”的思维活动过程.在物理教学中,经常在总结阶段,要求建立系统性的知识框架,而思维导图则是一种以直观形象的方式来表示知识结构的思维工具,它能有效呈现思考的过程及知识的关联.教师可在归纳总结的基础上,运用思维导图增强物理知识系统性和逻辑性,并且运用演绎思维方法解决一些具体问题.

例如在复习光学知识时,可引导学生构建如图4所示的思维导图.接着列举一些生活实例,如树荫下的光斑、岸上的人看到水中的鱼、湖泊中青山的倒影、遥控器的红外线是否遵循光的反射规律等,引导学生结合思维导图,运用演绎思维方法予以解决.

图4 光学思维导图

思维导图作为一种思维的方法和工具,有利于促进知识建构,让思维可视化[5].通过构建思维导图,有助于物理陈述性知识结构化、条理化,提高学生总结综合能力,培养学生归纳、演绎等理性思维.

4 鼓励质疑,培养学生批判性思维

批判性思维是对自己或别人已有的思考和结论采取批判的态度,进行理由充分、逻辑严密的反思,提出质疑,弄清情况和进行独立分析的过程[6].教师可结合学生物理学习实际,鼓励学生不断质疑,引导学生及时分析解决提出的问题,进而培养学生的批判性思维.

图5 探究平面镜成像

例如在探究平面镜成像规律的实验中,先在白纸上沿蜡烛A和代替像的B蜡烛边缘画圆,画出玻璃板边缘CD和C′D′, 从许多小组反馈的数据分析,并不能说明“像、物到平面镜的距离相等”.那是规律有问题,还是实验方法有问题?有学生提出质疑.经小组讨论,认真思考,发现是由于物距与像距测量上出现了问题,经学生进一步思考、讨论,最终确定测量方法应是:由于C′D′面虽有反射光线成像,但较弱,因此应以CD作为反射面,测出CD与A圆右端距离作为物距,CD与B圆左端作为像距．进而测得数据充分说明了“物到镜面的距离与像到镜面的距离”相等.

教育家贝叶指出,批判性思维包括的不仅是具体的大脑活动,更重要的是一种思维模式,教师的责任是帮助学生形成这种模式[6].为了培养学生的批判性思维,教师要积极创设质疑情景,引入带有争议性的问题,故意“制造”错例,教给学生质疑的方法,促使学生在“勤于思考、敢于质疑、善于释疑”的学习过程中发展其批判性思维品质.

科学课程标准指出,科学探究过程始终贯穿着各种思维活动,如比较、分类、判断、归纳、演绎、想象和分析、综合等,在探究教学中要注重培养学生的思维技能和能力[7].建构模型、科学推理、归纳演绎、批判质疑是物理学科理性思维的重要内容.物理是一门在培养学生理性思维方面具有得天独厚优势的学科,我们不仅在物理教学中要积极渗透学生理性思维的培养,而且也要把理性思维作为过程和方法教学目标的重点来抓,不断提高学生的核心素养.