基于科学思维和科学探究的高中物理教学

钱荣根

摘 要：本文从物理学科核心素养的两个维度科学思维和科学探究来展开高中物理教学案例的研究。

关键词：探究; 思维; 物理; 教学

中图分类号：G633.7           文献标识码：A      文章编号：1006-3315（2020）11-032-001

物理教学是提升学生素养的主阵地，教师需要深度研究高中物理教学与核心素养，对教学及时做出改进和更新。笔者基于科学思维和科学探究，提出高中物理教学样态。

一、围绕学生，构建科学思维课堂

科学思维是物理学科核心素养的灵魂，是能否实现有效课堂的关键。教师应精心设计课堂的引入环节，引导学生突破固有思维的限制，大胆创新，经历科学思维，设疑猜想，引发认知冲突，碰撞思维火花。以“力的合成”教学为例。课前可以进行实验：学生拉小轿车，当两名学生沿着车头方向用力拉车时，车很难被拉动，在此基础上，外加一学生沿着垂直绳方向用力时，车就被拉动了。学生们纷纷做了体验，感受到这股神奇力量，猜测一定与新课有重大联系。等效替代是力的合成的重要思想，课堂上两人提重物和一人提同样的重物进行实验，两人的力与一人的力效果是相同的。由此激发学生思考。从学生的经验中提炼出分力、合力、共点力以及力的合成等物理概念。

首先从最简单的同一直线上的分力与合力的关系，较为简单易懂。从直线到平面是学生的突破，问学生不在一直线的同一平面上的力是不是符合简单的代数和或差呢？通过弹簧测力计使橡皮筋伸长相同长度的两次实验，发现并不是简单的代数加减法。引发认知冲突，激励学生科学思维，寻求力的合成的特点，促使知识链向纵深递进。在科学思维中探究：如何才能找到分力、合力的关系;如何准确记录力的大小、方向;分力的夹角不能太大或太小;拉力必须平行于纸面。实验的改进与创新，学生纷纷给出各种方案，促进学生的知识的应用与迁移，让课堂向众深推进。

二、尊重学生，引导学生科学探究

新课改提倡的是学生主动参与，科学探究，合作共生，培养学生搜集和处理信息的能力，分析和解决问题的能力以及交流与合作等多元能力。以“探究牛顿第二定律”实验为例。教师应将课堂的选择权、设计权交于学生，把学生带到力学实验室，让学生分组实验。学生会思考：选择什么器材进行实验;怎样设计实验才能利于得出结论;怎样利用实验，通过控制变量法，完成实验;利用长木板拖动小车来研究，天平可以测量质量，满足什么条件可以认为小车所受拉力等于沙和沙桶的重力;该实验有什么误差;实验可以进行怎样的改进等等。这些为什么、怎么做都是学生的科学探究的结果。

三、导引学生，在科学探究中提升科学思维

科学探究与科学思维密不可分，科学思维的过程必然内涵科学探究，科学探究的过程是科学思维的凝练与升华。适时安排探究，以便科学思维的培养;有意制造认知冲突，达成思维的全面性;在科学探究中提升科学思维的广度与深度。在科学探究中问题链的逐个抛出，是学生循序渐进思维的关键，环环相扣，步步为营。以楞次定律教学为例。在前面关于电磁感应实验中，学生已经认识到不同情况下产生的感应电流的方向是不同的。那么，感应电流方向是由哪些因素决定的？满足什么规律呢？教材给出的方案，学生按照步骤较方便得出阻碍这个结论。学生通过讨论，基于“楞次环”实验。

情境①：条形磁铁与通电圆环（挂在光滑杆）靠近，通电圆环将朝哪个方向运动？如何判断？学生活动：实验探究，也有通过等效的方法将通电圆环视为条形磁铁，利用同向电流相互吸引，异相电流相互排斥判断。

情境②：给出条形磁铁靠近或远离圆环（无通电电流），圆环的磁通量做如何变化？并画出磁感线。学生活动：对条形磁铁磁感线分布較为清楚，变化情况比较直观，同时回顾感应电流产生的条件。

情境③：学生分组、教师演示，基于“楞次环”实验。发现无论是N极还是S极插入闭合环时，圆环都会后退;无论是N极还是S极拔出闭合环时，圆环都会向着拔出方向转动。

问题驱动：根据封闭铝环的实验现象思考下列问题：（1）四种实验情境中，铝环的磁通量如何变化？学生活动：做出磁感线的穿入方向及得出磁通量的变化情况;（2）四种实验情境中，磁铁和铝环之间有着怎样的运动特点？与磁铁的极性有没有关系？学生讨论得出：磁铁插入时，铝环会后退;磁铁拔出时，铝环会跟着前进，可以归纳为来斥去吸;（3）为什么磁铁靠近封闭铝环时，磁铁对铝环是“斥力”作用，而离开铝环时，磁铁对铝环是“引力”作用？（参考情境1思考讨论）学生合作：探究可得靠近时，铝环靠近磁铁一侧与磁铁表现为同名磁极，所以表现为“斥力”作用;离开时，铝环靠近磁铁一侧与磁铁表现为异名磁极，所以表现为“引力”作用。（4）能否根据铝环的运动情况判断出四种情境中铝环内感应电流的方向？学生活动：通过将感应电流的圆环等效为条形磁铁，继而画出感应电流的磁感线，再用右手螺旋定则判定出感应电流的方向。

提炼与升华：感应电流磁场的方向是判断感应电流的关键，试通过四种情境的分析总结出感应磁场方向的判断方法。学生活动：通过以上的探究过程，原磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反;原磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。教师引导学生得出增反减同结论，也就是感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化（该总结还是需要教师适时引导、修正、补充完善）。

总结应用：电磁感应现象中，感应电流方向的判断步骤。（1）明确原磁场的方向。（2）明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少。（3）根据楞次定律（增反减同）确定感应电流的磁场方向。（4）利用右手螺旋定则确定感应电流的方向。

科学探究与科学思维密不可分，在探究中思维，在思维中探究。该探究过程，将科学思维的5个水平展现得淋漓尽致。

总之，教师需要不断活化学生思维，让学生形成主动探究的习惯和意识，在反复的历练中自然而然体悟科学思维与科学探究的魅力，使得科学思维、科学探究成为学习生活的常态。教师要充分将科学思维和科学探究融入教学，运用核心素养理论优化教学，让教学更加高效而精彩。

参考文献：

[1]李萍.“楞次定律”教学案例分析[J]物理之友，2019（5）：27-30

[2]卞志荣，蒋建明.核心素养导向下的“楞次定律”探究性实验再探究[J]中学物理教学参考，2018（21）：64-67