在物理基本规律教学中对培养学生科学思维的几点思考

彭伟禄

科学思维是指运用科学的方法、原则和规律，对自然现象和社会现象进行分析、解释和判断的思维方式。它包括在产生假设、实验设计、证据评估、推断思辨、得出科学结论等过程中的一切思维技能，是一种非算法性的、复杂的高级思维，核心是对一个多变量系统进行推断时所表现出的科学推理能力。培育学生的科学思维，是高中物理课程的重要内容，也是物理教育的目标之一。在当前新一轮高考改革的大背景下，核心素养被放在了首要位置。就物理学科来说，核心素养主要有物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。这四种核心素养当中，科学思维是核心。

在高中物理基本规律教学过程中，笔者尝试改进教学方法和课程实施策略，以培育学生科学思维，培养具有批判主义思维的新时代学生为切入点，探索出基于模型构建、问题设置、反思质疑和思维导图的四种策略，让学生具有科学精神和科学素养，并且能够运用科学思维方法解决现实生活中的问题，成为具有基本科学素养和科学思维的新时代学生。

一、物理基本规律教学与科学思维内涵及关联

物理学是一门以实验为基础的自然科学，注重从少数几条假设或定律中演绎出一整套科学体系。物理基本规律教学是指在物理教学中，以物理基本规律为主线，系统地介绍物理学的基本概念、原理和方法，使学生掌握物理学的基础知识和基本技能，培养学生的物理思维能力和科学素养。

物理基本规律教学与科学思维培养是相互促进、相互提高的。物理基本规律教学与科学思维的培养之间存在密切的双向关联。这主要体现在以下方面：一是物理基本规律教学可以帮助学生建立科学的世界观和方法论，提高学生的科学素养和创新能力;二是物理基本规律教学可以培养学生的观察、实验、推理、创造等科学思维能力，使学生运用物理知识解决实际问题;三是科学思维可以指导学生在物理基本规律教学中，正确地认识物理现象，掌握物理规律，运用物理方法，发展物理思维;四是科学思维可以促进学生形成批判性思维、创造性思维、探究性思维等高层次的思维品质。

在课堂教学中，学生掌握知识总体上遵循“知识—能力—思维”这一路径，由低阶向高阶演进。例如，教师以牛顿运动三定律为基础，建构起整个牛顿力学体系，让学生了解物理科学体系内容，这是学科知识传授的过程;在知识传授过程中，注重培养学生的科学思维，引导学生运用科学思维来理解科学知识、建构知识体系，这是学生学科能力提升的过程。在此过程中，如果教师引导学生以同样的思维去理解未曾接触到的知识，以此思维体系去应对各种问题，就是科学思维形成的过程。

二、基本物理规律教学中科学思维培养策略

在基本物理规律教学中，笔者尝试采用以下四种方式培养学生的科学思维。

（一）基于模型构建，培养学生的分析能力

物理基本规律是对自然现象的抽象和概括，它们往往可以用数学模型来表达和解释。教师在教学中，可以引导学生通过观察、实验、归纳等方法，发现物理现象的规律性，建立相应的数学模型，如公式、方程、图表等。然后，教师可以让学生利用所建立的模型，对物理现象进行分析、预测、验证和评价，从而培养学生的分析能力和科学思维能力。例如，在“牛顿运动定律”这一章中，笔者让学生通过实验测量不同质量的物体在不同外力作用下的加速度，从而发现加速度与质量和外力之间的关系，建立牛顿第二定律的数学模型。然后，笔者让学生利用牛顿第二定律的数学模型，分析不同情况下物体的运动状态，预测物体受到的合力大小和方向，当然也可以让学生通过物体的受力情况来预测物体的运动情况。这样就可以培养学生分析问题、解决问题的能力，包括提升他们运用数理结合解决实际问题的能力。如果有可能，還可以尝试让学生验证物体运动过程中力和运动的关系，评价牛顿第二定律的适用范围和局限性等。

（二）基于问题设置，培养学生的推理能力

物理基本规律是对自然现象的解释和推理，它们往往可以用逻辑推理的方法来证明和推广。教师在教学中，可以设置一些具有挑战性和探究性的问题，激发学生的好奇心和求知欲，引导学生运用所学的物理基本规律和科学方法，探究和解决问题，从而培养学生的推理能力和科学思维能力。例如，在“电磁感应”这一章楞次定律和电磁感应定律的教学中，笔者首先设置一个问题：为什么在一个闭合电路中移动磁铁或导线时会产生电流？然后通过实验，让学生观察如果不移动又会怎样，继而让学生继续观察，当磁铁或者线圈运动方向不同时，电流方向有何不同，我们可以得出什么样的结论。学生通过对问题进行分析和推理，从而发现问题的本质：当磁铁或导线相对运动时，会改变闭合电路中的磁通量，从而产生感应电动势和感应电流。教师以此一步步引导学生得出法拉第电磁感应定律和楞次定律。另外，在高中物理教学中，图像法也是一种重要的解决问题的方法。在这类问题的学习中，学生可以从速度和时间关系图像出发，推导出面积可以表示位移。教师一步步引导学生得出：加速度和时间关系图像的面积所代表的物理意义，让学生思考F-X图像及F-t图像所夹面积的含义，进而让学生明白平均作用力对时间和位移是不一样的。这样学生的推理能力慢慢就形成了。

（三）基于反思质疑，培养学生的批判思维

物理基本规律是对自然现象的批判和创新，它们往往可以用反思质疑的方法来修正和完善。教师在教学中，可以鼓励学生对所学的物理基本规律进行反思和质疑，发现其中的疑点和不足，大胆提出自己的见解和建议，从而培养学生的批判思维和科学思维能力。例如，在“相对论”这一章中，笔者让学生对牛顿运动定律进行反思和质疑，通过一些学生能够感受到的现实问题，发现物体在高速运动时会出现偏差和错误，并引入爱因斯坦相对论的概念和原理，让学生了解相对论是如何修正和完善牛顿运动定律的，从而提高学生的批判思维和科学思维能力。

（四）基于思维导图，培养学生的科学思维

物理基本规律是对自然现象的系统和整合，它们往往可以用思维导图的方法来组织和展示。教师在教学中，可以让学生运用思维导图，将所学的物理基本规律，以及它们之间的联系和区别，用图形和文字的方式呈现出来，从而培养学生的科学思维能力。例如，在“电场”这一章中，笔者让学生运用思维导图，将电场的概念、力的性质、能的性质等内容表示出来，从力和能两条线出发，一步步找出场强、电势、电势能、等势面和电场线之间的联系，以及它们与其他物理现象和规律的关系。笔者用思维导图的方式整理和总结，从而加深学生对电场性质的理解和记忆，帮助学生形成构建知识体系、建立知识网络的能力。

总之，物理教师应该以新时代的科学发展观为指引，在新一轮的高考改革中主动学习，努力思考，积极创新，注重培养和发展学生的科学思维，使学生成为高效的物理学习者和未来的科技创新者。在教学中，教师以科学思维为主要研究点，在物理基本规律教学中探寻培养学生科学思维的基本思想和具体方法，通过基于模型构建、问题设置、反思质疑和思维导图等策略，从不同的角度和层面，激发和培养学生的分析能力、推理能力、批判思维和科学思维，使学生能够掌握物理基本规律的内涵和意义，运用物理基本规律解决实际问题，发展物理思想和创新能力。

（本文系2023年度河南省基础教育教学研究项目一般课题“‘双新背景下物理教学培养高中生科学思维的研究”的成果。立项编号：JCJYC

2306150404）

（责编 桑 涛）