初中物理教学发展学生科学思维的策略探析

何静

《义务教育物理课程标准（2022年版）》首次提出，把促进学生“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”等核心素养的养成和发展作为初中物理课程目标，这对初中物理的教学方式提出了新要求。科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同信息、观点和结论进行质疑和批判，予以检验和修正，进而提出创造性见解的品格与能力。[1]笔者结合北师大版物理八年级“自制密度计”一课为例，探讨在初中物理课堂教学中如何培养和发展學生模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等科学思维。

1.创设真实学习情境，发展模型建构能力

从“为迁移而教”的观点来看，包括创新素养在内的整个核心素养的教学，都应该高度重视情境学习，将学生置于真正的情境中，基于现实世界的真实任务进行学习，让他们把知识与真实的、现实的情境连接起来，有效解决真实任务[2]。基于此，笔者尝试在教学的设计与实践中，设计鉴别两瓶含量分别为50%和75%的酒精这种学生熟悉的生活情境。对于不同浓度酒精的应用，学生虽然熟悉但未从物理学科的角度去思考两种浓度不同酒精的本质不同是什么。这样的真实情境，对学生的思维有很强的驱动性，需要学生把不同浓度酒精的本质不同抽象出来，即要建构出两种密度不同的液体模型进行研究，以此发展学生的模型建构能力。

2.经历仪器的制作过程，发展科学推理能力

让学生重演仪器发明的过程，依据仪器的核心原理和技术需要，把仪器的结构部件逐步“构造”出来[3]。这样的教学设计更符合学生的认知规律，有利于发展学生的高阶思维。基于此，笔者在教学设计与实践中，让学生经历制作简易密度计的全过程.不同的过程对培养学生高阶思维的侧重点也不同。在这个过程中，教师设计一系列进阶式学习任务，引发学生深度思考。鼓励学生自主设计，引导学生思考细铁丝缠绕的形状是否对测量密度有影响，进而建立圆柱体密度计模型。制作完成后，需要给其标定刻度。在解决“如何给密度计标定刻度”的问题上，笔者引导学生从温度计的刻度方法迁移，激发学生对密度计刻度是否均匀的思考。先实验探究，后理论分析，引导学生根据实验现象进行科学推理，结合已有知识进行科学论证。结果发现，使用制作好的密度计无法测量液体的密度，引发了学生的质疑。接下来，进一步探讨是方法不对还是精度不够。通过实验探究结合推理论证找到提高密度计精确度的方法，进而改进密度计。

3.开展实验探究，发展科学论证能力

科学论证是以证据为基础，借助证据和逻辑推理获得的理论依据支持自己的主张、反驳他人观点的科学活动。[4]在探究性实验教学中，教师可根据教学目标创设情境引入论题，引导学生在情境和已有经验基础上提出猜想和进行验证猜想的实验设计，然后开展实验收集证据，并基于证据与理由阐述和解释主张。例如，在“密度计”的教学中，教师请学生使用自制的密度计区分出两种酒精，结果发现自制的密度计难以辨别。这就引发了学生的认知冲突，进一步引出提高精度的进阶任务。教师提出问题：如何提高密度计的精确度？有的学生认为密度计的精确度只和吸管的粗细有关，而有的学生认为除了吸管的粗细，吸管上所缠绕的金属丝的质量也对精确度产生影响。在这样的情景下，引导学生开展分组实验进行探究。一个小组保持金属丝的质量不变只更换更细的吸管，发现酒精和水之间的刻线变长了，由此可以判定这种方法可以提高精确度；另一个小组在不改变吸管粗细的情况下增加金属丝的质量，发现盐水和水之间的刻线也变长了，由此可以判断这种方法也可以提高精确度。这样，根据定量的实验数据，结合相邻间隔间刻线越长说明精度越大的推理来阐述自己的观点。

4.引导类比迁移，发展质疑创新能力

研究表明，类比迁移学习是发展创新能力的一个重要途径。一次成功的学习应该要依靠大脑中的旧知识、旧情景，并且要以此为基础学习新知识和构造新情景，即类比迁移。在教学过程中如何引导学生进行类比迁移呢？例如，在“密度计的制作”教学中，课堂小结环节总结密度计的制作过程，梳理出“原理-刻度方法-提高精度”的分析方法。这不仅是密度计的制作方法，更是大部分物理仪器的生产制造过程。由此，引导学生从个别到一般的提升，再进一步应用。这个过程有意识地引导学生从金属丝密度计迁移到弹簧型密度计，思考弹簧型密度计和金属丝密度计的原理、刻度方法的相同之处，从而构造出弹簧型密度计的设计图，培养学生的创新能力。

学生物理科学思维能力的形成与发展，离不开教师有意识的培养。教师作为教学活动的设计者，应首先确定一节课所要发展的能力目标。本节课基于真实情境，根据能力目标设计多样化的教学活动，使学生在进阶式任务的驱动下，实现由被动接受向主动学习的转变，发展了学生的模型建构能力、科学推理和论证能力，更重要的是让学生经历了仪器制作和改进的全过程，培养了学生的质疑精神和创新精神，有利于落实学生学科核心素养的发展。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）[S].北京：人民教育出版社，2022.

[2]师保国.核心素养的“教”与“评”——以创新素养为例[J].人民教育，2017（Z1）：47-50.

[3]田成良，王新富.让学生重演物理仪器的发明过程——以“温度计”教学为例[J].物理教学，2019（10）：44-45.

[4]胡红杏.科学论证的本质、价值及教学策略[J].当代教育与文化，2021，13（2）：42-49.