高中物理教学中学生科学思维能力培养研究

周勇

摘要：物理是高中课程体系的重要组成部分，同样也是引领学生认知客观事物规律的关键学科.因此在开展物理教学过程中，高中教师需要重点加强学生科学思维能力的培养，引导学生基于物理视角来对现实生活现象进行描述，从而顺利落实核心素养育人目标，并助力学生的学习水平获得有效提升.基于此，本文对高中物理教学中学生科学思维能力培养展开了深入研究.

关键词：高中物理；科学思维；培养措施；行为引领

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2024）12-0101-03

《普通高中物理课程标准（2017年版）》中将物理学科核心素养整体划分为四大维度，分别是物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任.其中，科学思维是强调学生从物理学视角认知事物内在规律、本质属性与相互联系的一种思维模式，并通过建模、推理、论证以及大胆质疑等多种途径把握其中内涵.因此，高中教师需要改变以往单向灌输式的教学模式，同時借助科学的引导手段促使学生主动实践.如此才能够帮助学生积累丰富的学习经验，并实现思维培养目标.

1 培养学生科学思维能力的主要内容

科学思维能力的培养是一项系统且持续的过程，教师不仅仅是要改变学生的认知基础，同时还需要帮助学生掌握探索世界的正确方法，使学生能够从不同角度看待事物发展规律，并将其应用于解决现实问题的过程当中.

为此在实践教学过程中，教师需要重点强化学生的以下能力.

1.1 建模能力

建模能力主要是指学生对物理模型的建构能力，从本质来讲可以将其理解为学生对抽象物理概念的转化能力，通过建立物理与现实事物之间的联系，从而运用学科规律对生活现象进行描述.具体而言，教师需要引导学生将现实生活中遇到的问题进行抽象化处理，使用物理符号、公式以及概念去对其进行表征，以此借助科学的方法探索事物本质原理，并促进学生学习水平的全面提升.

以学生在现实生活中熟悉的“过山车”为例，当学生在观看坐满游客的娱乐设施从轨道上呼啸而过时，要求学生不能仅仅从表面的“电能”“机械结构”等方面对物体的运动进行说明，而是能够通过建构物理模型，并提取一些关键的物理参数，对整个系统的运行原理做出分析.

1.2 科学推理能力

科学推理是塑造学生良好思维能力的关键环节，具体是要求学生能够从已经线索入手，运用有限的条件参数去推理事物的客观规律，并通过提出猜想、观察分析、还原模拟以及对比参照等方式对物理现象做出准确描述，从而获得科学的物理结论.通过科学推理能力的培养，教师可以引导学生从更多角度看待事物之间的关联线索，根据自身需求寻找相应的推理论据.由此能够促进学生科学思维的快速发展，同时改变对事物现象的观点态度[1].

以人教版高一物理必修第一册“自由落体运动”一课为例，本章节中教师需要引导学生认知物体在自由落体中处于不断加速状态，以便于能够顺利衔接前后知识结构，并促使学生最终把握自由落体运动的基本规律.为此在教学过程中，教师需要引导学生通过实验操作、采集数据、总结规律等多种方式，对不同物体在相同时间内自由落体的间隔距离进行对比，以此推理准确的科学原理，并提高学生的物理学习水平.

1.3 科学论证能力

科学论证是相较于推理而言更高一阶的学习能力.强调学生在遇到科学问题的过程中，能够根据不同的学习需求来搜集资料、设计实验、整理结果、对比分析，从而最终构成一个完整的证据链条，能够对事物背后蕴含的科学规律做出准确判断.

以人教版高一物理必修第三册“磁场 磁感线”为例，关于“磁场”的知识虽然能够在很大程度上参照“电场”，但是学生对教材核心概念的理解依旧相对抽象，无法准确把握其中的物理规律.为此在教学过程中，教师可以要求学生自主展开实验设计，尝试通过科学的手段验证“磁场”的存在，并能够准确把握其分布规律.如此不仅能够在学生脑海中形成清晰的科学印象，同时也帮助学生掌握了探索物质事物的重要方法.

1.4 质疑创新能力

物理学是在不断地假设、质疑、批判以及创新中发展起来的一门学科.在历史中，很多物理学家都是在不断地质疑验证中才掌握了事物本质规律，因此“质疑”是塑造学生良好科学思维的关键一环.在日常教学过程中，高中物理教师需要为学生构建和谐的课堂氛围，同时通过在课堂中巧妙地设疑、留白，激发学生的探究欲望，使其能够主动对事物提出新的观点，并在学习中进行不断创新[2].

例如，教师在课堂中可以通过一些趣味小实验的方式，来吸引学生对各种神奇物理现象的关注.同时在这一过程中鼓励学生主动提出疑问，并与教师相互讨论实验隐含的科学原理，从而使学生能够在解决问题过程中不断活化思维，并激发对未知事物的探索欲望，以此培养高中生良好的科学思维.

2 培养学生科学思维能力的有效途径

2.1 联系现实情境，加强认知引领

学生思维能力的发展，离不开大量认知经验的支持.只有如此才能够引领学生发现物理与现实生活之间的联系，从而促使学生能够立足学科构建抽象出具体的知识模型.为此在实践教学过程中，高中物理教师可以采用情境构建的方式，为学生引入与知识相关的现实生活资源.

以人教版高一物理必修第一册“质点 参考系”一课为例，在正式展开教学之前，教师可以为学生呈现一段多媒体视频：在一辆飞驰的高铁列车上，窗外成行的绿植不断从车窗的左侧消失.教师要求学生在看完这段10 s的视频之后，讨论视频中的列车应该是向哪一个方向在移动？通过这样的形式，教师可以有效唤醒学生的生活经验，使其将以往没有关注过的事物现象快速回忆起来，并联系本堂课知识来对事物进行探索.如此才能够在潜移默化中培养学生的建模能力，并引导学生通过物理学习来认知更多事物.

2.2 基于概念论证，培养辨识能力

物理概念凝聚着学科思想、规律以及关键的学习方法，是培养学生科学思维的重要素材之一.教师通过引导学生对物理概念进行验证推导，不仅能够进一步加深学生的知识印象，而且也能够呈现不同知识点的内在联系.学生通过自主推理分析的方式获得新的学习收获，进而在这一过程中有效提高对事物的辨识能力.为此在实践教学过程中，教师需要改变学生以往死记硬背的概念学习方式，而是引领学生对概念进行结构重塑，以此有效深化学生的认知基础[3].

例如在人教版高一物理必修第一册“速度变化快慢的描述——加速度”一课中，为了能够进一步引导学生准确地用“加速度”描述生活中的速度变化现象，可以围绕本章节核心概念为学生设置一项课堂探究情境：三名学生同时骑车出发：A学生的速度在2 s内从0提高到了10 m/s；B学生的速度在2 s内从0提高到了5 m/s；C通学生的速度在5 s内从0提高到10 m/s.请按加速度从大到小的顺序对这三名学生进行排序.学生在讨论这一问题的过程中，不仅能够联系现实生活现象进一步掌握“加速度”概念的本质内涵，同时也逐渐改变了对于事物的既有认知，使其能够利用物理概念更好地诠释事物发展规律.

2.3 采用问题驱动，发展逻辑思维

“问题”是师生进行课堂互动的关键途径，而学生科学思维的成长，也通常源自对问题的深入思考.因此，教师在课堂中可以采用问题驱动的方式对学生进行思维引领，并借助层层递进的提问线索，促使学生的学习层次不断向更深处进行蔓延.

以高三物理选择性必修第三册“液体”为例，在进行有关“液体的表面张力”这一知识点的学习时，教师可以采用问题驱动的方式为学生建立学习框架，并指出明确的学习发展路径：

问题1：观察常规状态下的液体，其表面具有哪些特点？

问题2：根据液体表面的特征，能够说明其受到了哪些力的影响？

问题3：尝试提高液体温度，观察这一过程中会发生哪些现象？尝试从分子运动角度来解释这一原理.

问题4：根据以上线索，分析液体表面张力会受到哪些因素的影响？

2.4 自主设计实验，加强学习感悟

自主设计实验是培养学生科学思维能力的重要途径之一，其不仅能够帮助学生掌握相关的物理概念，同时也能够引导学生在实践中进行质疑创新、科学推理以及实践论证.从而有效提高了学生的科学思维能力，并使学生形成严谨的学习态度.为此在实践教学过程中，教师可以采用“自创实验”的方式，引导学生自主对知识进行探究，并总结其中丰富的学习经验，以此有效加强学习感悟[4].

例如在人教版高一物理必修第一冊“摩擦力”一课中，为了进一步加强学生对本章节知识的理解程度，教师可以要求学生根据教材中关于“动摩擦因素μ”的描述，尝试设计实验用于计算不同问题的动摩擦因素.在这一过程中，学生可以根据自身对知识的理解选择相应的工具、材料以及场地，同时采用书面描述的形式呈现自身的实验思路.教师在对学生方案进行指导优化之后，即可要求学生展开实践.

2.5 开发课后活动，培养创新精神

“兴趣”是激发学生思维活性的关键要素.因此教师在培养学生科学思维能力的过程中，还需要主动从兴趣培养入手，引导学生了解物质知识蕴含的丰富趣味.如此才能够促使学生主动通过物理视角去看待各类事物，有效提升科学思维能力.

以高二物理选择性必修第二册“传感器”为例，在引导学生深入了解了传感器的工作原理之后，教师可以为学生布置课后探索项目：要求学生自主搜集有关传感器的应用案例，随后结合自身对本堂课的知识理解进行创造发明活动，尝试将生活中的常见物品改造成“人工智能”，以此培养学生勇于创新的科学思维.

3 结束语

综上所述，本文对高中物理教学中培养学生科学思维的有效措施展开了深入分析.强调教师重视学生科学思维的形成经过，并以此为主线对学生展开系统教学，从而能够有效促进学生的全面发展，落实核心素养教学目标.

参考文献：

[1]马炜，赵惠松，严云佳.基于科学思维发展的高中物理探究型课堂教学设计：以“太阳与行星间的引力”为例[J]. 中学物理（高中版），2020，38（6）：34-37.

[2] 李志刚，梁吉峰，田成良.注重科学思维考查提升物理核心素养：以2020年新课标Ⅰ卷第25题电场压轴题的剖析为例[J].中学物理（高中版），2020，38（8）：52-54.

[3] 刘健智，胡雪妍.基于物理核心素养的高中物理教材与课程标准的一致性研究：以2019年人教版必修1为例[J].物理教师，2022，43（7）：2-8，12.

[4] 张雪，张静，李雅兰.面向物理观念和科学思维整合发展的教学探索：以高中“液体的表面张力”为例[J].物理教师，2021，42（7）：9-11，15.

［责任编辑：李璟］