基于学生科学思维培养的初中物理概念教学路径

彭耀

【摘要】科学思维，是初中物理核心素养的内涵之一.科学思维包含的要素较多，培养学生的科学思维，有助于准确理解物理现象，探索物理本质.本文首先分析科学思维能力的结构，然后以初中物理概念教学为例，分别从“运用信息技术、凸显主体地位，创设趣味情境、促进深度思考，设计探究活动、注重思维发展，建构概念体系、掌握思维方法”等四个方面，探寻培养学生科学思维的初中物理概念教学路径.

【关键词】科学思维；概念教学；初中物理

根据《义务教育物理课程标准（2022年版）》的要求，新时期的初中物理教学应当以培养学生的核心素养为中心.其中，科学思维是物理核心素养的重要组成，与物理观念、科学探究、科学态度与责任等其他核心素养有着十分紧密的关系.科学思维主要包括推理分析、质疑论证、创新创造、模型建构等基本要素，均需要学生在探究新知识、新事物的过程中进行深度思考，逐渐锻炼出优秀的学习品质^[1].下面，以初中物理学科的概念教学为例，探究培养学生科学思维的初中物理概念教学路径.

1 科学思维能力的结构分析

1.1 科学思维的内容

科学思维的内容是科学思维能力的组成之一，需要学生全面了解自然现象、科学概念、实验规律、研究问题，并将这些知识点融合在一起，形成一种科学、高效的思考方式^[2].由于物理概念是科学概念的关键组成，因此，以物理概念作为切入点，优化教学方略，对学生科学思维的成长具有重要意义.

1.2 科学思维的方法

关于科学思维的方法，主要指人们在分析问题与学习知识的过程中，所采用的高效、合理的思考方法，是构成科学思维能力的关键因素.一般来讲，科学思维的方法共有以下几种：科学推理、臻美、比较与分类、等效替代、分析综合.其中，科学推理方法以类比、演绎为主，臻美以和谐、简洁、对称、多样统一为主，比较与分类的方式以差异化比较、相似化比较为主，等效替代法需要针对物理模型、研究过程、作用结果、事物本质的具体情况，进行等效替代分析，分析与综合方法包括从复杂到简单、从简单到复杂、从分到整、从整到分等多种思考过程.

1.3 科学思维的品质

科学思维品质是科学能力的内涵，需要学生在解决问题、学习知识的过程中不断沉淀，逐渐形成的个人学习素养.在此过程中，学生通常会表现出多种多样的个人思维特征.如思考比较深刻、善于批判、考虑问题的方式比较灵活、反应十分敏捷、思考得出的结论具有独创性等.简而言之，科学思维品质是评估学生科学思维能力的重要标准，也是培养学生科学思维的关键点.

2 培养学生科学思维的初中物理概念教学路径

2.1 运用信息技术，凸显主体地位

在信息时代，蓬勃发展的信息技术全面推动教育领域的变革.若想通过概念教学有效培养学生的科学思维能力，物理教师不能沿袭以往的授课思路，为学生事无巨细地分析物理概念的内涵，而是要凸显学生的主体地位，给予学生充足的自主学习空间.对此，教师可以运用信息技术，加强学生的合作学习与自主学习.

首先，教师可以借助微信群、QQ群，为学生划分学习小组.鼓励学生在群内自由交流，完成相应的合作学习.通过小组合作，可以让学生的学习优势形成互补，做到彼此促进、相互成长.

例如 教师在教学有关“杠杆”的课程时，可以为各小组布置以下实践任务：自制杆秤.学生在课后探究任务时，如果遇到研究难题，比如找不到合适的制作材料，不了解如何标记杠杆的刻度等，可以通过群聊的方式，向其他组员和教师予以求助.由此，能够营造集思广益的学习环境，充分激发学生的主观学习能动性，让学生在合作学习的过程中不断取长补短，强化自身的科学思维能力.

其次，教师可以通过电子书包，实现学生的个性化学习.所谓电子书包，包括教师端与学生端，二者之间可以自由传送信息.在教师端中，通常会归纳总结每堂课的导学案、活动卡、微视频、PPT，方便学生预习学习.而学生端中，一般会收纳大量的学习材料，方便学生分享使用.通过电子书包，可以将纸质课本变得更为立体化，方便学生随时随地开始自由学习.

例如 以“弹簧测力计”的教学为例，教师可以将本堂课的概念知识提炼，整理成微课视频、PPT课件的形式.学生在课后时间可以提前下载到移动设备之中，在重复观看的过程中充分了解弹簧测力计的原理、读数等基本概念.这能起到翻转课堂的教学效果，有效提高学生的预习质量与学习效率.通过电子书包，学生在完成相关的学习之后，可以将未学懂的概念知识或遇到的问题归纳总结，统一发送到教师端，由教师展开针对性的教学指导.这样可以提高物理概念教学的精确性，培养学生良好的自主学习能力.

2.2 创设趣味情境，促进深度思考

由于物理知识相对比较抽象，对于许多陌生的概念，学生很容易产生学习困惑.对此，教师可以通过创设情境的教学方式，借助生动有趣的情景，简化物理概念的理解难度，促进学生的深度思考，在潜移默化中生成良好的科学思维^[3].

首先，教师可以用问题构建情境，激发学生的学习探究欲望.以惯性的概念教学为例，教师为学生播放以下两段生活短视频：（1）小刚在走路时，不小心踢到一块石头，一下子趴摔在地上；（2）小明在走路过程中，不小心踩到了香蕉皮，下一刻就仰摔在地上.通过视频，教师询问学生：“两人分别出现了什么样的摔倒方式？为什么两种摔倒方式截然不同？”通过这种生活中常见的现象，可以迅速引起学生的研究兴趣.从而引入本堂课的重要概念“惯性”，充分启发学生的探究思维.

其次，教师可以引导学生提出猜想、作出假设，这样能够培养学生发现问题、提出问题的质疑意识.

例如 教师在讲解电磁效应的概念时，为学生播放以下三段情境视频：（1）知名物理学家奥斯特首次发现电流具有磁效应；（2）奥斯特通过实验，发现了直导线与通电螺线管的磁场分布；（3）展示有关通电螺线管的小实验，让学生观察通電螺线管周边的磁针会发生什么样的变化.当学生观看完三段短视频之后，可以对电磁效应的概念产生初步的了解.以此为基础，教师顺势引入以下问题：“尝试猜想通电螺线管周围的磁场方向与什么因素有关？”通过视频的提示，学生能假设出电流方向、电池正负极、螺线管绕法等多个答案.当学生对物理概念完成相应的猜想之后，教师再结合实验，进行全面性的分析验证，贯彻理实结合的教学原则，事半功倍地帮助学生理解物理概念.

2.3 设计探究活动，注重思维发展

物理具有实践性的特点，许多概念知识可以通过实验探究的形式完成.教师应当通过设计探究活动的教学形式，让学生在实验中不断验证自己所学的知识，与同学积极讨论交流.由此，学生在讨论中可以分享学习心得，合理的反馈能促进教师的反思，教师精准的点评也能有效发展学生的科学思维.

首先，在组织实验教学时，教师应当让学生主动参与实验设计、收集证据.要求学生按照实验规范使用器材，誠实收集证据，不随意加以修改.

例如 以“杠杆平衡条件”的教学为例，教师可以将实验的主动权发放给学生，并准备好移动设备，做好教学观察和教学监督工作，记录学生实验的每一处细节.如果学生在实验过程中发现问题，可以通过视频回放的方式，找出问题症候，并加以改正.比如，学生通过实验，将动力F₁、阻力F₂、动力臂L₁、阻力臂L₂整理成表格的形式.但通过计算数据，发现不符合课本中定义的“杠杆平衡条件”的概念.此时，通过回放视频，明显观察到实验过程中存在斜拉弹簧测力计的问题.由此，通过发现问题、修正问题的实验探究过程，可以让学生在实践中学习，强化对“力臂”概念的深度理解.同时，也能让学生养成实事求是的学习态度，强化解决问题的综合能力，促使学生的思维水平由低阶向高阶发展，逐渐培养出优秀的科学思维^[4].

其次，学生在实践探究的过程中，可以参考其他学科的研究方法，对物理概念进行综合论证.

例如 数学学科的“数据分析与整理”课程对于学生物理分析能力的提升具有积极性的影响作用.通过分析实验数据的和、差、积、比值等不同的关系，可以帮助学生从数据中发现物理量的规律.以“通过导体的电流与电压之间的关系”这个探究活动为例.学生可以准备两个导体甲、乙，通过欧姆定律实验，验证电流与电压之间的关系，并将其绘制成图，进行分析归纳.比如，在同一直线中，U-I图象属于什么函数？同一导体中，如果两端电压不断增大，通过导体的电流会发生什么变化？与电压有什么样的数据关系？同一道题中，电压与电流的比值如何？不同导体中，电压与电流的比值如何？由此，学生通过数学学科的数据分析知识，可以对以上探究问题进行综合验证.并根据准确的计算结果，深入剖析实验现象.让学生的思考过程做到有理有据，推动学生科学思维能力的成长.

2.4 建构概念体系，掌握思维方法

若想在学生的脑海中形成概念，教师需要帮助学生掌握建构概念的思维方法.对此，教师需要重视学生获取知识的过程，并通过以下几种方式加以教学引导.

2.4.1 归纳法

归纳法需要学生结合实验课程、生活经历，针对某些真实的物理现象，进行综合性地分析、概括，从中提炼出准确的物理概念^[5].

例如 光的反射与折射两种物理概念，属于生活中常见的自然现象.教师可以结合学生的生活认知，对这两项物理概念进行归纳总结.再比如，密度、比热容、电阻等物理概念主要描述了某种物质的特性，通常需要物理实验加以验证，在分析数据、处理数据的过程中，得出对应的结论.

2.4.2 类比法

如果有两个不同的事物存在相似的属性，可以通过这种研究方法剖析与该事物有关的物理概念.在类比的过程中，学生会自然而然地锻炼自身的联想思考能力.

例如 电流与电压这两个概念相对比较抽象.若通过类比的方式，将“电流、电压”与“水流、水压”等价代换，就能从更为形象的角度帮助学生理解这两个电学名词的概念.再比如，当学生学习到“功率”时，可以类比“速度”这个名词，因为二者均有表示快慢的意思，可以帮助学生迅速完成知识迁移，理解“功率”的意思.

2.4.3 对比法

对比法与类比法比较相似，需要将研究的事物和其他事物相互比较，以凸显研究事物的本质属性.

例如 针对光学课程中的“虚像”与“实像”，如果对比二者的形成原理、实验现象，辨析二者的差异性，可以促进学生的深度思考.再比如，针对力学课程的“质量”与“重力”，以及“重力”与“压力”.同样可以对比概念，找出其中的相同之处和不同之处，分析二者之间如何进行合理的转化.通过这种方式，不仅能帮助学生更好地理解物理概念的内涵，也能将知识适当外延，为学生构建良好的知识体系，促进科学思维的生成.

3 结语

以概念为基础，全面发展学生的科学思维，有助于物理的深度学习.教师要合理运用多种方式，为学生搭建科学的思考体系，鼓励学生通过推理、类比、论证等多种方式建构概念，对知识点展开全面论证.这可以帮助学生对物理知识加深理解，将其迁移内化，建构科学思维，有效发展学生的核心素养.

参考文献：

[1]柳怡.构建物理概念 培养科学思维——以“电阻”教学为例[J].物理之友，2023，39（04）：32-35.

[2]陈浩荣.面向学生科学思维发展的概念教学设计——以初中物理“电压”为例[J].中学物理，2023，41（04）：34-36.

[3]杜想平.基于学生科学思维培养的初中物理概念教学[J].学周刊，2023（06）：88-90.

[4]罗隆飞.基于学生科学思维培养的初中物理概念教学[J].中学理科园地，2022，18（06）：63-64.

[5]陈月英.基于科学思维谈概念建构的基本方法——以“力臂”概念教学为例[J].中学物理教学参考，2021，50（33）：46-48.