培养学生科学思维的探索

李国春

摘要：科学思维是物理核心素养之一，在高考中，科学思维的考查也是重中之重。培养和提高学生的科学思维能力，是我们中学物理教学的重要任务之一。本文将从五个角度，在教学实践中进行探索，深入浅出，引起学生的思考、探索、模仿，再进行自我完善知识体系结构中达到思维能力升华和再创造，从而能灵活、创造性应用到新的问题中，让学生的思维能力有梯度的一步步提升，从而培养学生科学思维，使其能更自信面对即将到来的高考。

关键词：核心素养;科学思维;思维方法;探索

诺贝尔物理学奖获得者，德国物理学家劳厄曾说过：“重要的不是获得知识，而是发展科学思维的能力。”科学思维就是科学思维方法的思维，它是科学思维方法在学生思维过程中形成的内部体现。科学思维方法即是科学思维能力的外部表现，也是学生能力提升的重要途径。科学思维方法不仅可以帮助学生提高科学素养，增长分析问题与解决问题的能力，而且可以指导学生怎样运用自己的智慧，去进行创造性的分析和演绎，进而收事半功倍的效果。

科学思维是物理核心素养之一，在高考考查中，科学思维的考查也是重中之重。在高中阶段我们应重视以下几方面探索科学思维的培养。

一、加强归纳与演绎的思维方法的培养，培养学生科学思维

归纳就是从多个个别的物理现象和物理规律出发获得大多数适用的一般性结论。演绎则与归纳相反，演绎是从一般到特殊的一个过程。归纳与演绎的思维方法的培养，常用的途径是“建构模型”的方法：如“大木板、小木块模型”、“传送带模型”、“竖直面内圆周模型”、“三力平衡的动态分析模型”等，这些模型是建立在教师和学生达成共识的前提下，对模型的适用条件已做到心里有数，如，“大木板、小木块模型”共识为：大木板M与小木块m间粗糙且动摩擦因数为m，小木块以速度v0冲上原来静止在光滑地面上足够长的大木板，最终实现二者共速且小木块不滑下。则此过程我们可以归纳思维方法：（1）动量守恒，m v=（M+m）v求出共同匀速时的速度v。（2）对二者分别动能定理，① ② 与动量守恒配合，分别求得二者对地运动的位移及相对运动的位移。（3）若只求相对位移，还可用能量守恒， （4）当然，若以上方法都不想用，我们还可回归基础，牛顿运动定律配合运动学公式，依次求出上述物理量。归纳完毕，我们可以在此基础上进行演绎，地面粗糙时的情况，M或m其中一物体受外力的情况、模型系统在斜面上运动的情况等等，分析哪些知识能用，哪些知识不能用，哪些需要演绎变化，辨析归纳模型并深入进行演绎。在以后的学习中还可自主创造模型并进行演绎，学生的科学思维能力在归纳和演绎中不断增长，认识问题解决问题的能力也在不断的提升。

二、加强分析与综合的思维方法的培养，培养学生科学思维

分析就是将物理系统或连续的物理过程进行具体分析和研究，弄清其中的物理状态、物理过程和物理情景，将一个复杂的问题分解成若干简单的问题，并找出他们之间的联系。综合就是把所研究的物理系统或物理过程当成一个整体来进行研究，忽略局部，关注整体。分析与综合是相互渗透和联系的，是在分析基础上综合，在综合指导下分析。分析与综合，循环往复，促进认识的深化和发展。对学生分析和综合能力的培养可利用“整体法与隔离法”、“单过程与全程分析”、“单体与系统分析”等。例如“整体法与隔离法”，学生通过隔离分析明确每个物体的受力情况和运动情况，分析过程较复杂;而整体分析则将问题化繁为简，但又存在局限性，不能解决内部两物体间的力的问题，所以为二者配合使用效果才最佳，即达到了思维能力推动、认识的深化和发展。而“单过程与全程分析”、“单体与系统分析”有异曲同工之妙。

三、加强比较与分类的思维方法的培养，培养学生科学思维

比较是思维的过程，分类是比较思维之后的结果，二者相辅相成，对学生的培养也是同时进行。我们可以先通过比较将不同的物理知识进行分门别类，简单的说就是识同辨异，如，人教版高中物理可分为力、热、光、电、磁、原子物理等。而每一分支还可根据比较和分类的思维将其细化分类。如，万有引力部分，我们可以按照自己的分类习惯将其分成：环绕类、表面类、比较类、双星环绕类、超失重问题、变轨和能量问题等，而比较类还可细化分为环绕比较类、涉及赤道上的物体和近地卫星的比较两类。此种能力的培养，不但让学生在自己比较和分类中思维有提升，而且可使学生在大脑中形成适合自己的高中物理知识体系结构，从而在做题中知识有所依据，可大大提高学生的自信心和解决问题的准确率。

四、加强类比的思维方法的培养，培养学生科学思维

在物理学习中，有两个或两个以上的物理情景或物理过程存在相同或相似的方面，我们就可以将熟知的物理情景或物理过程迁移到新的相同或相似的物理情景和物理过程中去，从而帮助启发思维，提供解题线索，也就是所谓的触类旁通。这种思维方法在高中物理中应用广泛，我们可以采用类比法理解概念（质点、点电荷）、定义物理量（比值定义法定义速度、加速度，电场强度、电容、电势、磁感应强度等）、掌握规律（万有引力定律和库仑定律，平抛和类平抛）、创设情境（原子跃迁和卫星变轨、光电效应临界态和卫星脱离地球临界态）等，还可以培养学生思维的灵活性，处理相關联问题的能力，甚至能创造性地解决一些比较陌生的问题。

如，星球表面可类比地球表面，在一些万有引力的问题中则简化了思维过程;平抛可类比为类平抛，在电场一章中应用广泛。而单摆模型、弹簧振子模型、曲线运动模型等在某些题目中的创造性应用，也给学生的类比思维能力的提升提供了较大的帮助。例如，质量m的子弹以V的水平速度从左边射入质量M的木块静止木块且未穿出，求子弹射入木块后，木块运动多长时间保持静止？

经计算可知B、C间高度差遠远小于圆弧半径，所以B、C间的运动可看成单摆简谐运动，类比单摆模型周期公式求出木块在弧形轨道上运动的时间t= = 就变得容易了。学生经历了这种学习中的意想不到，也使得思维能力有了大大提升。

五、加强运用数学解决物理问题的思维方法培养，培养学生科学思维

应用数学能力解决物理问题，也是我们高考考试中的主旋律之一，数学是我们物理学习和解题中的重要工具，在处理物理问题的过程中，我们经常要用到数学公式、数学方法、函数图像来辅助物理分析得出结论。我们现在分析和解题中常用的数学知识有三角函数（一般题目中涉及较多）、一元二次方程和二元一次方程（涉及解题和运算）、不等式和二次函数图像（主要用于处理问题中的极值问题）、一般图像处理（此类涉及较多，包括函数关系式、坐标轴的含义、交点、斜率、包围面积等所对应的物理意义等）。巧妙运用图像法还可以另辟蹊径，大大降低思维难度和计算分析难度，在电学实验的图像分析中也经常用到。

例如，甲、乙两小孩沿两条长度相同的光滑轨道同时从A处自由滑向B处，谁先到达的问题。可以画出甲、乙的v-t关系图象，图线包围面积表示甲、乙的位移，由此可知，甲达到相同高度所用的时间短，甲比乙先到达B处。图像解题，另辟蹊径，从而优化解题过程。

培养学生科学思维的方法有很多，而学生的思维能力决定着其分析问题、解决问题的能力。我们发现现在高考对学生科学思维能力的要求是很高的，这就要求我们在教学中，要有意识点拨和培养学生的科学思维，使其在掌握知识的基础上学会解决问题的科学思维方法，培养学生用科学思维方法解决实际问题的能力，这样不但学生的科学思维能力得到了提高，还可增强学生对物理知识应用深入探索的兴趣，从而形成良性循环。对学生科学思维的培养方法如广袤冰川，本文只涉及了冰山一角，希望能起到抛砖引玉的作用。