科学思维视域下初中生物理推理能力的培养

黄海峰

科学思维是物理核心素养的重要组成部分，而物理推理能力是学生在物理学习过程中不可或缺的一种基础能力。新时代背景下，培养学生的科学思维是物理教学的重要内容。通过科学推理，学生能够用科学的方法发现物理问题，并通过探索和推理解决实际问题。本文探讨了科学思维视域下初中生物理推理能力的培养策略，以供参考。

一、物理推理能力的类型

初中生的物理推理能力可以分为守恒推理、变量推理和演绎推理三类。

（一）守恒推理，概括抽象本质

守恒推理要求学生认清事物的本质特征，在事物的某些物理状态发生变化的情况下，从本质特征出发，对其变化过程中的物理量变化特征进行分析，概括抽象本质，利用事物本质守恒不变的特性进行分析与推理。能量守恒是最常见的守恒属性之一，结合能量变化的守恒特性，可以有效地培养学生的守恒推理能力。

（二）变量推理，分析特定影响

变量推理是指分析物理变化过程中某种变量的属性，并且在该变化过程中与多个变量存在物理关系时，通过控制变量的方法，分析某种变量对物理现象的特定影响，进而科学推理物理规律。控制变量方法是一种重要的推理方法，在物理实验探究和规律探索中有着至关重要的作用。在初中物理教学中，教师可以建立物理量变化受到单一变量影响的过程模型，指导学生灵活运用控制变量的方法探究物理量的本質变化特性。

（三）演绎推理，验证假定推论

演绎推理本质上是一种从假设到验证的推理过程，这种推理方式需要学生根据一些特征信息提出假定推论，在此基础上设计探究方案，对其进行实践验证。这不仅可以充分锻炼学生的自主学习探究能力，还可以让学生经历完整的演绎推理过程，培养学生的演绎推理能力。

二、培养初中生物理推理能力的策略

初中阶段学生的心理思维特征正处于由具体运算阶段向形式运算阶段过渡的时期，这一心里思维特征对课堂教学中的科学推理能力渗透提出了新的要求。教师应针对学生的心理思维特征，设计具有充足吸引力的学习活动，促进学生科学推理能力的发展。

（一）设置生活情境，探索潜在规律

科学推理能力的培养离不开学生的自我驱动，教师应通过创设生活情境，调动学生的生活经验，激发学生学习的积极性，引导学生在自主探究活动中发现物理规律，提高科学推理能力。在课堂教学中，教师将生活问题和生活现象作为素材，可以有效提高学生的学习兴趣，增强课堂教学效果。

例如，在讲解苏科版初中物理八年级上册第五章第四节“运动的相对性”时，教师可以引入下面的生活情境：小明在商场与妈妈一起乘坐扶梯，在上升的过程中发现自己与妈妈的相对位置没有变化，但是相对下一层的物体提升了一层的高度，发生了位置变化，请问在这个过程中小明是运动的还是静止的？乘坐商场的自动扶梯是学生非常熟悉的一种生活情境，通过问题联系学生已有的生活经验，可以促使学生积极参与探究活动，直观地体验运动的相对性，并通过分析得出结论，即物体的运动与静止必须在一个特定的参考系下才有实际意义。由此可见，以生活情境为课堂教学的切入点，可以充分调动学生的生活经验，为学生的深入探究和推理提供有力的抓手，从而有效地培养学生的科学推理能力。

（二）渗透物理学史，生成责任意识

纵观物理学发展史，每一种物理规律的提出都是科学家们在不断探索的过程中通过科学推理得出的结论，这一过程蕴含着丰富的科学推理观念和社会责任意识。在初中物理教学实践中，教师巧用物理学史创设背景知识，不仅能够提升学生的物理学科素养，还能够在培养学生科学推理能力的同时增强学生的责任意识，强化学生对物理推理过程的感受。

以苏科版初中物理八年级下册第十章“压强和浮力”相关内容的教学为例，教师在讲解阿基米德原理时，可以结合阿基米德发现浮力计算原理的科学推理过程，引导学生通过情景再现的方式，用测量浮力的方法判断某种物体质地是否纯净，并参照物理学史中的规律探索过程，指导学生设计以下实验：用大小相同材质不同的物体做漂浮试验，将不同的物体分别放到盛满水的量筒中，当物体静止后取出，观察量筒中的读数，得到排出液体的体积，并尝试计算此时物体受到的浮力大小。通过这次实验探究，学生推理得出不同的物体在液体中漂浮时排开的液体重力恰好与其受到的浮力大小相等，并利用该原理检测了物体的质地是否纯净。通过物理学史的渗透，学生可以在真实情境中经历科学家的推理过程，直观地感受科学推理的巨大作用及物理探索对社会发展的重大意义。

（三）融合项目学习，解决具体问题

初中阶段学生的心智发展不成熟，他们在面临比较复杂的物理问题时往往会出现畏难情绪。针对这一问题，教师应当设计项目式学习活动，将复杂的物理问题作为一个项目拆分为多个环节，在多环节逐渐推进的过程中促进学生科学推理能力的发展。

以苏科版初中物理九年级上册第十一章第二节“滑轮”一课为例，在讲解相关内容时，教师需要让学生掌握滑轮的概念，理解不同滑轮对做功带来的变化，并且能够通过滑轮组的灵活组合实现不同的功能，从而解决实际问题。针对这一复杂的学习要求，教师可以根据项目式学习理念将其划分为不同的学习环节，避免学生由于畏难心理等降低学习主动性。首先，教师通过多媒体设备展示相关图片和视频，让学生建立滑轮的物理概念，认识定、动两种滑轮的结构。其次，教师通过受力分析，引导学生理解两种滑轮的物理作用，即分别能够起到改变力的方向和省力的作用。最后，教师结合实际问题引导学生分析滑轮组，计算滑轮组带来的省力效果及移动距离的改变。在项目式学习过程中，学生通过逐个环节的学习探索，可以很快达成学习目标，从而解决具体问题。

（四）立足实验教学，培养应用能力

实验教学是物理学科的基础，是物理推理能力应用的基本场景，因此，科学思维视域下的物理推理能力培养应注重实验教学的实践运用。教师要立足实验教学，鼓励学生在实践应用中获得物理科学推理的直观体验，从而提高学生的物理推理能力。

1.调动感官，观察实验细节。实验教学的优势主要体现在可以调动多重感官，通过实验探究，学生的物理学习不再是局限于课本中枯燥的描述，而是直观可见、可操作的多种感官经验。因此，教师应注重实验操作设计，强化学生的体验，通过对细节的感受提高学生应用科学推理的能力。教师可以合理地设计实验环节，使学生实现多种感官之间的相互转换，在吸引学生注意力的同时放大实验细节，助力学生对推理细节的把握。例如，在教授苏科版初中物理八年级上册第一单元“声现象”相关内容时，教师可以设计实验教学，让学生感受声音的产生和传播原理，深化学生对声音的本质认知。在设计实验时，教师可以先在一个振膜表面放一些碎纸片，当振膜发声时，让学生观察纸片的状态，然后分别用固体、液体和气体感受声音的传播特性，最后通过多媒体设备播放打雷的视频，让学生观察看到闪电和听到雷声的时间差，从而将不可见的声音转化为可通过视觉、听觉和触觉直观体验的实验细节，加深学生对声音震动传播本质的理解。教师通过实验设计，将抽象的实验现象转换为直观可见的内容，有助于学生分析实验细节，通过细节分析推理得出对应的物理规律。

2.辨识数据，量化实验变化。数据分析是总结实验结果、推理现象规律的重要步骤，对于培养学生的数据分析和物理推理能力有着至关重要的作用。因此，教师应有意识地引导学生辨识实验结果数据，用数据对实验过程中的现象变化进行量化表示，揭示物理变化的本质。学生通过辨识实验数据结果中的变化关系，可以掌握变量守恒或控制变量的推理思路。比如，在教授苏科版物理八年级下册第八章第二节“重力 力的示意图”时，教师可以设计相关实验，引导学生利用测力计及不同质量和不同形状的测量物，探究重力大小与质量、形状和位置的关系。在实验进程中，教师要指导学生将每一次的测量结果绘制成表格，形成不同变量条件下的结果图。通过观察重力大小在三种单一变量下的结果，学生会发现，当质量变化时，重力也随之变化，而不同形状、不同材质的物体及物体位置的变化不会引起测力计读数的改变，由此得出“物体的重力大小只与质量有关”的结论。教师还可以指导学生将记录结果绘制为图形，进一步对物体质量和重力之间的关系进行分析，从而发现两者是线性关系，可以表示为G=mg，其中g是重力常数。通过对实验结果数据进行定量分析，学生可以了解物理现象背后的数量关系，从而推理出相应的物理规律。

3.对比预设，得出实验结论。对比预设是演绎推理的常见方法，该方法具体体现为，教师根据已有的知识基础，在实验设计时设立不同的对照组，通过对比分析对照组的不同实验条件和相应的实验现象，演绎推理得出实验结论，在对比预设的过程中达到培养学生推理能力的目的。对比预设实验方式可以应用于物理实验中。例如，在讲解苏科版初中物理八年级上册第四章第三节“凸透镜成像的规律”时，教师可以根据放大镜、望远镜、投影仪等凸透镜在不同工具中呈现的不同成像效果，指导学生根据上述工具差异设计对照实验，探究其成像的一般规律。按照物距与焦距的关系，教师可以指导学生设置5组不同的对照实验，其中实验条件分别为u＞2f、u=2f、2f＞u＞f、u=f、u＜f，在实验中保持其他条件的一致性，探究不同物距和像距组合中的成像显性，然后根据现象假设不同条件下的结果，进而记录实验结果，将实验结果与假设进行对比验证，从而获取最直接的推理经验。在对比预设的实验过程中，学生既需要发挥自己的认知推理能力，根据不同条件推理实验结果，又需要自主设计实验来验证自己的猜想。在这个过程中，学生的推理能力和探究能力均能得到有效锻炼。

结语

科学思维视域下培养初中生的物理推理能力，需要教师重视学生的心理思维特征和认知能力的发展，发挥实验环节在科学推理能力渗透中的作用，切实培养学生的物理推理能力，落实初中物理核心素養的培养需求。

（作者单位：江苏省南通市启秀中学）