试谈以学生科学思维能力培养为目标的高中物理教学策略

王思琪，张 勇

（吉林师范大学，吉林四平 136000）

随着高中课程教学改革的不断深入，培养学生的学科核心素养成为越来越多人的共识。就高中物理而言，其学科核心素养主要涵盖物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面。若能够在教学中做到四方面能力培养的同步兼顾，则可满足高中学生在未来求学或就业等方面的发展需求。科学思维是高中物理学科建设与发展的核心影响因素，拥有科学思维的学生能够积极获得物理理论、主动创新物理实操技能、客观分析并解决问题。然而，当前的高中物理教学还存在对学生科学思维能力培养不充分、不全面等问题，相应的教学策略也存在一定的不足，因此加强对高中物理教学策略的研究，努力实现培养学生科学思维能力的教学目标，显得意义重大。

一、科学思维概述

思维，是比“思考”更有深度和高度的专业概念。后者主要是指围绕一个现象或一个问题做出分析推断的活动，以求获得新的认知结果；前者则更强调人所拥有的可以对表象概念实施归纳、分析、推理、调整的内在能力，包括了思考的过程。而科学思维，则可视为人们在科学活动中所培育成型的一种思维。详细来说，其指的是在科学实践中尊重客观事实或可靠证据，以求实态度应用归纳、演绎、批判、推理、建模、创新等方法最大限度地获得对世界的认识，并获得解决现实问题的思维能力。

科学思维有着鲜明的特点：首先是普遍性，作为人类实践中的重要产物，在不同群体中均普遍存在；其次是可证性，科学思维既能够通过一定的手段提前论证预测，又能够按照科学路径获得验证；最后是主观性，科学思维虽普遍存在，但会因人而异，特别会受人的主观臆断的影响。在某项科学实践活动中，若人们主观地坚持开展学习、探究、假设、研析、推断，就会不断感知科学事实，获得更确切的预测内容。

高中物理课程标准曾将科学思维作了进一步的要素解析，认为科学思维主要涵盖模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。诸要素本质上都属于一种思维方式，是人们在理论研究和实践探索中所使用的思维能力，同样也是高中学生需要认真学习物理理论知识与解决问题方法的重要思维能力。

二、高中物理教学设立学生科学思维能力培养目标的重要性

（一）扩大物理认知，易于学习知识

高中物理教学中，随着教师对学生科学思维能力培养的持续重视，学生将逐步加深对物理学科重要性的认识，发现物理的神奇与实用，继而激发更多的学习兴趣。学生在发现物理现象后习惯于保持严谨思维逻辑来分析问题，从而论证物理结论甚至创新获得新知，同时还将主动扩大物理知识涉猎面，汲取更多的物理知识来满足自己的探索需求，这样会让学习状态保持在较高水平。因此，高中物理教师应设立学生的科学思维能力培养目标，不断培养和强化符合学生个人实际的逻辑思维方式，进而提高学生的学习效率。

（二）提高分析能力，便于解决问题

通过学习物理知识，学生能够最大限度地将所学用于科学解释世界，客观总结规律，解决实际问题。首先，学生会在不断完善物理知识体系的过程中对各种现象或情境习惯性提出问题，并着眼于现象、细节以及关联要素来组织逻辑分析，从而可抓准物理知识的正确调用时机，为解决问题奠定基础。其次，学生对不同物理现象以及物理问题进行知识调用后，会留心观察并归纳物理属性、物理状态、物理反应过程等不同特点建立包含物理问题、物理思维、物理原理的科研内容，从而为解决问题提供保障。最后，随着分析的不断深入，学生可以进一步总结提炼或推演论证各类物理规律，又会在整合物理规律中找准物理问题的解决方法，最终有效破除难题。

（三）培养思维能力，形成理性思维

高中物理课上，以培养学生科学思维能力为目标来开展教学，其重要性还体现在可帮助学生突破传统思维方式，跳出固化的思维局限，锻炼学生一旦发现和审视问题，就保持全面性、系统性的思维习惯。在培养科学思维能力的过程中，学生会在潜移默化中转变自己看待问题的角度与层次，主动磨炼自身对规律、准则等内容的整合归纳能力，从而不断建立理性思维，更加冷静地思考问题，富有条理地提出解题方法，设计解题方案，并可以客观地评价自身在解决问题方面存在的不足，在积极修正不足的过程中提高自身的科学思维能力。

三、以科学思维能力培养为目标的高中物理教学策略

（一）合理打造教学模式

教师的教学实践应是高度符合教学目标的。此前提下，教师可在保持常规教学内容不变的同时，客观衡量学生的身心特征，评价学生对知识点的理解与接受水平，进一步探寻创新性的教学方法，营造积极的教学氛围，打造科学合理的教学模式。

考虑到高中阶段的学生思维已变得更加活跃，他们会随着物理知识的增加而积累更多的物理认知，从而形成科学思维。而且，学生还会接受教师的启发引导，共同交流营造特定物理学习情境。面对教学目标，学生会认清当前阶段自己的学习目标，并明确自身知识储备方面存在的缺陷与短板，合理调用自己的已有知识经验与技能，通过一定的思维探究来加工科学材料，从而形成对物理现象、客观事物的规律、本质的新认知，获得科学思维结果。因此，要想构建新的教学模式，以期达成培养学生科学思维能力的目标，教师需要将以上分析中所提到的认知情境、科学问题、思维材料、思维过程、科学结果等作为模式构建要素，从而可得到师生交互作用下以学生科学思维能力培养为主线的教学模式。具体来说，教师必须认真设计教学方案，全面把握学科课标要求、教学内容与学生素质特点，并合理安排教学模式中各要素以及相关关系，提高学生的科学思维能力。

（二）合理设置物理问题

在培养学生科学思维能力的过程中，教师要为学生的剖析、判断、推理等能力建立一定的探究基础，但前提是要促发学生更多的探究兴趣，并尝试自主开展探究。因此，教师应该合理设置物理问题，增强问题的趣味性、开放性、探究性，同时保持问题与实际现象之间的联系，从而可以更好地让学生抓准自己的关注点，围绕自己有能力解决的问题进行多维度思考解决；围绕自己尚且无法解决的问题主动进行猜测和推理验证。由问题来驱动学生的科学思维活动，是培养学生科学思维能力方面不可缺少的步骤。

例如，在讲解“摩擦力”相关单元内容中，教师可以先行于授课前向学生演示一个简易实验。将粉笔、黑板擦、课本等于课桌上，轻推之后，让学生观察不同物体的运动状态，并提出问题：“为什么这些物体在桌上前进一段距离后就停下来了？”这个问题会迅速帮助学生回想在日常生活中经常遇到的此类现象，并结合自己已经学过的运动学、力学方面的物理知识回答出存在摩擦力而产生反作用力阻止物体运动之类的答案。此后，教师还可以进一步结合学生的回答来拓展问题，不断增加问题的难度，同时又能在实际生活中找到相关的物理情境，从而始终让学生保持对问题的思考与解答的兴趣。随着探讨的不断深入，学生的科学思维得到扩散和延伸，思维能力大幅提升。

（三）科学创设实验情境

物理是一门具有实践性的学科。作为物理教学的重点内容，实验教学可将抽象物理概念转化为直观生动的可视教学内容，便于学生理解教学内容。然而，不少物理实验受到课堂时长以及实验条件的影响，往往仅是教师演示而学生模仿操作，虽然能得到实验结果，但是会削弱学生在实验过程中的科学思维活动。为此，教师需要认真确定实验教学的方案，尽可能打造有益的实验情境，与学生一道体验从设计、操作、观察到分析总结的实验全过程，鼓励学生自主实验探索。在此过程中，学生的学习兴趣被激发出来，学习动机也更加明确，他们会在专注于实验操作的过程中树立严谨的科学实验观。

例如，在“测量匀变速直线运动加速度”的教学实验中，教师可预先向学生提议打造一个运动会的生活场景，并建立对短跑选手加速方法进行探究的实验课题。该课题要求学生自主观察运动会上百米短跑选手的跑步状态，尝试猜测并实验探究短跑选手在百米赛道的不同阶段的加速技术特征，以总结出课题的结果。在该实验中，新课题的提出具有新意，学生会乐于探究，一方面会在脑中浮现运动员加速的现实状态，另一方面也会积极调用自己已学的物理知识对问题进行解析，对实验进行探究验证，不断向正确答案靠近。

（四）联系现实生活案例

人的日常生活中，总是存在各种各样的现象，是需要用物理理论知识来解释的，因此物理学科与生活密不可分。虽然物理学科中的一些知识、规律、定理等显得十分抽象和复杂，但这些内容往往都出自生活。因此，学生要有意识地总结生活中的物理原理与规律，这有益于学生科学思维的发展与突破。高中物理教师可以在日常教学中将课堂所讲内容与现实生活进行对照关联，越是学生熟悉的场景案例，越可以让学生有兴趣进行本质剖析与内容挖掘。

例如，在“向心力”单元内容教学中，教师可先抛出游乐场玩乐这样的生活场景，向学生描述游乐场中乘坐旋转飞椅的场景特点，然后告知学生这一游乐设施的运动原理实际上就是细线悬挂小球在水平面内的匀速圆周运动。教师可以向学生提出问题：“旋转飞椅在设施运行中受到哪些力，合力指向哪里？”学生会结合悬挂小球的匀速圆周运动特点来回答出“旋转飞椅受重力、缆绳拉力的作用，并指出合力的方向是沿轨迹圆的半径指向圆心”。然后教师可以进一步发问：“合力是否可以指向左下方，而不在与轨迹圆持平的水平面内？”多数学生会持否定态度，认为小球始终在同一平面发生运动状态的变化，因此合力也会在水平面内。

（五）培养学生科学思维的教学反思

在物理课堂教学结束后，教师进行教学反思是十分必要的。主要的做法就是时刻观察学生的表现，积极收集学生提出的教学反馈，回顾教学中的不足，对整个教学环节与内容进行总结梳理。同时，教师还可以引导学生自制思维导图，加强对授课内容知识点的总结归纳，让学生自行补充相关联的内容，不断通过图形符号来拓展科学思维。值得说明的是，教师应该结合授课内容以培养学生科学思维能力为目标，积极反思科学思维所包含的四要素方面的教情和学情。

如在“向心力”单元内容教学后，教师可以首先反思自己如何培养学生的建模能力，可以提出“匀速圆周运动的理想状态如何展现”等问题，并改变自己的教学内容。在开始授课时，教师可以提出更多的生活案例，引导学生思考处于圆周运动的物体在运动中越来越慢并最终停止的现象，如何来实现理想态的匀速圆周运动。学生往往会构建质点模型，以理想化方法来思考解答，重点就是将实际物体设想为一个质点，先忽略圆周运动受阻力影响的情况，从而获得匀速圆周运动的理想模型。当然，教师还应引入分阶段假设、联想类比、等效替代等方面来建模，让学生获得更多的思维感悟。其次在反思如何培养学生科学推理能力方面，教师可引导学生思考“对于细线悬挂的物体在旋转中，为何可将细线拉力视为向心力”的问题。教师可从一般情形向极限思想进行引导，并向学生展示实验推理，从而获得合理验证。教师要让学生明白教材所示内容都有更多的思维创新点。教师应加强教学设计，帮助学生在思维脉络拓展中实现知识点的融会贯通。

四、结语

科学思维能力是高中物理教学中培养学生学科核心素养不能忽视的关键内容。科学思维能力并非靠学生学习物理知识掌握物理操作技能就可以获得，而是需要教师在教学中引导学生进行更高层次的思考并进行推理，要敢于质疑，并批判质疑要敢于假设并实验论证。只有这样才能循序渐进培养学生的科学思维能力，真正培养学生自主探究以及解决实际问题的良好品质。