高中物理教学中培养学生科学思维能力的策略

余林

摘 要：在高中物理课堂教学过程中，只有当教师不断革新理念以及变革教学方式，才能最大限度地整合教学资源，实现培养学生科学思维能力的目标。文中通过研究高中物理教学中培养学生科学思维能力的策略，希望能够培养出优秀的高阶思维人才。

关键词：高中物理；科学思维能力；策略

科学思维能力是培养学生科学素养的关键，对于高中物理教学工作而言，教师只有充分注重培养学生的科学思维能力，才能有效提高教学效果。然而，当前高中物理教学仍存在着侧重知识灌输、缺乏启发性问题和实践探究等问题。因此，想要提高高中物理教学质量，需要深入探究高中物理教学中培养学生科学思维能力的优化策略，才能为学生后续的学习打下坚实的基础。

一、高中物理科学思维组成要素

（一）模型构建

高中物理科学思维组成中的模型构建是物理科学思维的基础和核心，模型构建是指根据已有的知识和理论，通过对物理现象的抽象和简化，建立起一种描述和解释这些现象的概念框架。物理模型可以是物体的几何形状、力的方向和大小关系、能量守恒等。在构建模型的过程中，需要运用物理学的基本概念和原理，并结合问题的背景和条件进行逻辑推理和分析。模型构建的步骤包括问题分析、概念建立、模型选择、模型假设和模型验证等。首先，需要对问题进行全面的分析，明确问题的要求和限制条件。然后，根据问题的特点和所涉及的物理概念，建立起相应的概念框架[1]。其次，在已有的物理模型中选择适合解决问题的模型，并根据实际情况进行适当的模型简化和近似。在模型构建的过程中，还需根据问题的实际情况提出合理的假设，以便对模型进行进一步的推导和分析。最后，通过实验数据或数学计算的验证，对构建的模型进行验证和修正。物理模型的构建不仅可以解释已知现象，还可以预测新的现象，指导实验的设计和解释实验结果。通过模型构建，能够帮助学生培养对物理问题的抽象和分析能力，提高学生的科学思维水平和创新能力。

（二）科学推理

在高中物理科学思维的组成中，科学推理是指基于已有的科学知识和实证数据，通过逻辑推理和分析，得出新的结论或预测。在物理科学中，科学推理主要包括归纳推理和演绎推理两种形式，归纳推理是从特殊到一般的推理过程，根据对具体事实或实验观察的总结，得出普遍规律或原则，通过多次实验观察得到多组实验结果，然后根据这些结果归纳出一条普遍规律或定律。演绎推理是从一般到特殊的推理过程，基于已有的理论知识和前提条件，通过逻辑推理得出特定结论，例如，根据已知的物理定律和条件，通过逻辑推理推导出特定的物理现象或实验结果。

（三）科学论证

在高中物理科学思维的组成中，科学论证是指基于科学知识和实验结果，通过逻辑推理和严密的论证过程，证明一个观点、理论或假设的正确性[2]。在物理科学中，科学论证主要包括以下几个步骤。第一，提出问题或假设。科学论证的起点是提出一个明确的问题或假设，这个问题或假设可以基于已有的科学理论和观察结果，也可以是针对一个新的现象或问题所提出的。第二，收集和整理证据。为了论证问题或假设的正确性，需要收集和整理相关的证据和实验结果，这些证据可以来自科学实验、观察数据、文献研究等。第三，分析和解释数据，对收集到的证据和实验结果进行分析和解释，包括使用数学模型、统计分析方法等对数据进行处理，并根据物理原理和理论进行解释。随后，建立逻辑链条，在论证过程中，需要建立一个严密的逻辑链条，将证据和理论相互连接起来，包括使用因果关系、推理演绎等逻辑方法，确保各个环节之间的逻辑关系紧密、严谨。第四，提出结论，根据论证的结果，提出一个明确而有说服力的结论。这个结论应该能够回答问题或验证假设，并且考虑到实验误差和不确定性等因素。

（四）质疑创新

在高中物理科学思维的组成中，质疑是指对现有理论、观念或假设进行质疑和思考。在物理科学中，质疑能够促使学生主动思考，并挑战已有的知识和观点，通过提出问题、对现有知识进行思考和探究，学生能够深入理解物理现象和原理，并激发学生的学习兴趣和创造力。创新是指在质疑和思考的基础上，提出新的想法、方法或解决方案。在物理科学中，创新能够帮助学生更好地理解和应用物理原理，并推动科学的进步，学生可以通过自己的观察、实验、分析和推理，从中获得新的认识和见解，并提出新的研究课题、实验设计或解决实际问题的方法。质疑和创新相辅相成，在高中物理学习中起到了重要的作用。质疑能够培养学生的批判性思维和质疑态度，使其不满足于已有的知识和观点，勇于挑战并寻找更深入的理解，而创新则能够培养学生的创造力和创新思维，促使学生独立思考、提出新的想法和解决方案，培养学生的科学素养和实践能力。

二、高中物理教学中培养学生科学思维能力的优化策略

（一）以概念教学激发学生科学思维

在高中物理教学中，概念教学可以有效地激发学生的科学思维，高中物理教师可以基于多个角度展开对学生科学思维能力的培养[3]。通过引入相关的实例和现象，将物理概念与学生日常生活联系起来，能够使学生更好地理解和接受新的概念。在引入新概念之前，提出问题并鼓励学生参与讨论，让学生思考问题的解决方案，并结合物理概念进行思考和推理，以激发学生自主学习和思考的能力。同时，鼓励学生主动探索和发现物理规律，给予学生一定的探究空间和自主学习的机会，使学生在实践中不断尝试、调整和总结，培养学生的科学思维和创新能力。在教学过程中，利用多媒体技术辅助概念教学，通过图像、动画、模拟等形式展示和解释物理概念，使学生更加直观地理解和掌握知识。此外，将物理知识应用于实际问题的解决过程中，引导学生分析和解决实际问题，使学生能够将学到的物理知识与实际应用相结合，培养解决问题的能力和科学思维。

例如，在人教版必修第三册第十三章《电磁感应与电磁波初步》的教学中，由于“电磁场”中的“磁感线”是典型的概念教学，学生如果能够理解则有利于后续更好地掌握电磁场知识。为此，物理教师想要培养学生良好的科学性思维，则需要在物理教学时，将该单元的教学内容划分成不同層次。如第一层可以设置为学生掌握磁场相关的物理模型以及磁感线物理模型；第二层则是为学生建立电磁场概念；第三层让学生采用类比的方式对电磁场概念进行深入了解；第四层让学生在学习电磁场相关知识时提出疑惑，并对不懂的知识点提出创新性的学习想法。高中物理教师应该基于教学目标确定课本所需运用的教学方法，用适合学生的方法进行教学，实现学生对物理知识的深入掌握，随后由学生自主完成问题的探究，这对奠定本单元科学思维培养起到了重要的推动作用。

（二）以规律教学促使学生理解科学思维

在高中物理教学中，规律教学可以促使学生理解科学思维。在物理课堂教学过程中，引入新的物理概念或知识时，通过给学生提供一些实例和现象，引导学生进行观察并总结出规律，通过这样的过程，学生可以培养观察、归纳和提炼规律的能

力[4]。同时，给学生提供一些真实的问题或挑战，鼓励学生运用物理概念和规律进行推理和解决，能够有效激发学生主动思考和探索的欲望，培养学生对问题的分析和解决能力。教师在建立概念的联系和相互关系时，让学生了解不同概念之间的联系和相互关系，帮助学生形成系统性的思维，通过解释物理现象和特定规律的背后原理，让学生明白各个概念之间的内在联系，加深对科学思维的理解。在讲解物理规律时，物理教师可以使用图表和模型来帮助学生理解，通过可视化的形式展示规律，学生能够更直观地理解物理规律的变量、关系和趋势。在学习物理规律时，鼓励学生运用数学工具进行分析和计算，通过数学的抽象和逻辑推理，学生能够更深入地理解物理规律，并培养学生的分析和推理能力。此外，组织学生进行调查和实验，让学生亲自收集数据并分析结果，通过实践和实验，学生能够亲身体验物理规律的验证过程，加深对科学思维和规律的理解，这些能力对于学生在物理学习以及日常生活中的应用都具有重要的意义。

例如，在高一物理第三章《相互作用——力》的教学中，该单元涉及了“牛顿运动定律”，在力学知识方面，牛顿第一定律是学生学习的基石，并且在力学单元中具有重要的作用。物理教师在培养学生的科学思维时，可以将生活案例应用在课堂教学中，并为学生设置对应的情景化内容，有利于更好地使学生明确物体受力与运动之间的关系。此外，物理教师也可以借助伽利略的理想实验展开对力学知识点的深入探讨，并从实验的角度进行分析，使学生对力学知识点存在的质疑。在对力学单元的教学过程中，高中物理教师采取理论知识讲述法以及物理实验展示法等多种不同的方式，为学生提供理论+实验对比验证的教学方法，以此使学生深入理解力学知识点和运动学之间的关联性。最终在教学过程中促使学生能够更好地以简单的方式实现内容学习，同时对该部分内容进行强化，引导学生在后续的学习中敢于质疑，当学生对知识内容全部接受后继续讲解与惯性有关的内容，同时利用板书的方式帮助学生理解记忆。

（三）以学习教学的方式巩固学生的科学思维

以学习教学的方式巩固学生的科学思维时，物理教师应该设计具有开放性的问题和任务，鼓励学生主动参与学习，提供具有挑战性的开放性问题和任务。这些问题和任务能够激发学生的探究兴趣，让学生主动运用科学思维进行分析、推理和解决问题。同时，物理教师引导学生对学习内容进行批判性思考，培养学生质疑和思考的能力，通过对不同观点和证据进行比较和评价，可以培养学生科学思维中的批判性思维，提高学生对科学知识的理解和运用能力。在组织学生进行小组合作学习时，让学生共同探究和解决问题，合作学习可以培养学生的团队合作和交流能力，同时也能够提高学生的科学思维能力，通过和其他人的思维碰撞和交流，促进对科学概念和规律的更深入理解。教师为学生提供及时的反馈和评估，帮助学生反思和改进学习过程中的科学思维，通过定期的测验、作业和项目评估，可以了解学生的学习情况，并为学生提供相应的指导和支持。在鼓励学生进行实践和实验时，让学生亲自体验科学原理和规律，通过实际操作和观察，学生能够更加深入地理解科学概念和规律，培养出科学思维中的实践和实验能力。与此同时，引导学生对物理学习产生兴趣和探索欲望，设计有趣和富有挑战性的学习活动，激发学生的学习兴趣，鼓励学生主动参与并探索物理知识，巩固科学思维。

例如，在《匀变速直线运动的研究》的单元教学中，整个单元知识点中包含有大量的重点知识内容，因此，基于科学思维培养和习题课教学时，高中物理教师可以给学生设置对应的教学目标。以此引导学生进行自主构建本模块的知识网络，同时，针对典型的物理习题进行讲解、分析和推理时，能够更好地促使学生完成对物理相关知识点的复习。在对速度与时间关系、位移与时间关系进行推理时，高中物理教师借助情境图对其进行比较，并在习题训练中分类掌握，将文字转化为图形，帮助学生提高科学思维能力。

（四）以实验教学创新学生的科学思维

以实验教学创新学生科学思维时，高中物理教师应该为学生设计一些富有挑战性的实验，让学生亲身参与并动手操作。这些实验可以涉及一些有趣且复杂的物理现象或原理，鼓励学生通过实践和观察来发现和理解科学规律，促进科学思维的培

养[5]。除了进行既定的实验，也可以引导学生主动参与实验设计的过程，通过让学生自己设计实验步骤、控制变量、收集数据等，培养学生的观察能力、逻辑思维和创新能力，同时也加深对物理概念和原理的理解。在实验进行过程中，鼓励学生进行观察和思考，引导学生仔细观察实验现象，分析实验结果，从中得出结论并提出相应的解释，这样可以培养学生的科学思维，让学生通过观察和推理来理解和掌握物理知识。教师在指导学生完成既定的实验过程时，也可以进行实验探究性学习，让学生通过实验的自主探索，发现物理现象、总结规律，并进行深入思考，这样的学习方式可以培养学生的创造力、解决问题的能力和科学思维的灵活性。在实验完成后，引导学生对实验结果进行分析和解释，让学生利用数据进行图表的绘制，并将实验结果与理论知识进行联系，从中得出结论并解释现象，这样可以训练学生分析问题、运用知识和推理的能力，巩固和发展科学思维。

结束语

培养学生的科学思维能力是高中物理教学的重要任务，通过研究发现，培养学生的科学思维能力，有助于激发学生的学习兴趣，提高学生的科学思维水平，并培养出具备探索精神、批判思维和解决问题能力的学生。教师想要将学生的科学思维能力培养落实到位，需要转变以往的教学理念，积极优化课堂教学模式，才能为学生科学思维能力的提升奠定坚实的基础。

参考文献

[1]余洁琼.高中物理教学中模型构建的实践研究[D].重庆：西南大学，2022.

[2]王莉，廖元锡.同伴互助在高中物理科學论证教学中的应用[J].物理教师，2020，41（9）：15-18，23.

[3]吴金勇.高中物理教学中学生形象思维能力培养途径探究[J].当代教研论丛，2020（8）：81.

[4]张庆民.核心素养下高中物理课堂教学创新探讨[N].科学导报，2023-10-10（B2）.

[5]宋丹丹.新高考背景下高中物理实验教学面临的挑战与对策研究[D].信阳：信阳师范学院，2023.