核心素养培养下高中物理教育中的科学思维发展策略

【摘要】物理学科核心素养概念为高中物理课程改革指明了方向，而学生科学思维的培养，则以物理学科的本质为基础，注重开发学生的自主探究能力与思维潜力，利用多种教学媒介，帮助学生深层次建构物理知识体系.学生科学思维的发展是物理学科核心素养培养的具体表现，本文基于高中物理学科核心素养培养要求，以深入高中物理实践教学为主要方式，将学生物理科学思维发展作为主要目标，探究思维型教学策略，以期能够为物理教师教学提供有效帮助.

【关键词】核心素养;高中物理;科学思维

基于《高中物理新课程标准（2022版）》教育要求，物理课程应注重科学知识的传授和技能训练，对学生终身学习的愿望、科学探究的能力、创新意识和科学精神进行全面培养.新课标凝练了物理学科核心素养，并将科学思维作为物理学科核心素养培养的关键因素，这就要求物理课程能够贴合学生的实际生活，课程建设结合“自然物理”和“生活物理”等思想，让学生经历真实的科学实践探究活动，使学生由“知道”“理解”学习结果，逐步转化为真实具体描述出学习的过程性结果，进而基于新课标核物理学科核心素养培养要求，结合过程性描述、分析、实践探究和结果讨论分析过程等，将科学思维渗透到日常教学中去，转换学习角色，以有效地引导教学策略，创建和谐的课堂教学氛围，培养学生的高阶物理思维，提升其问题意识与解释能力，将科学态度与社会生活进一步结合，以此来激发学生内在学习动机，提高学生的思维发展水平，促使学生在知识运用中完成知识迁移，用物理知识来解决实际问题，并形成正确的物理学习观.

1 物理科学思维的内涵与建构路径

1.1 物理科学思维的内涵

基于课程标准对教师的具体要求来理解高中物理科学思维的内涵，将模型建构、科学论证与推理作为物理科学思维培养的重要内容，其主要目的是通过质疑——批判——创新的学习过程，提高学生对物理知识的抽象和概括性理解，同时通过推理与归纳的学习过程，促使学生在利用类比、控制变量、极限和比值定义等科学方法的同时，以理解为基础、分析为提升、探究为发展、归纳总结为延伸，能够利用物理公式和图象来对具体的物理现象和原理进行描述.对于理解物理科学思维内涵的重要性，可以基于华东师大郅庭瑾教授提出的“人之所以为人，在于人有思维”的观点，在核心素养教学要求的背景下，高中物理教育中学生的学科思维培养具有积极意义.

1.2 物理科学思维的一般建构路径

心理学家赤瑞特拉关于教育的著名心理学实验指出，通过多样性的感官影响而获得的信息，比单纯听课的效果要好得多.感官影响可以通过听讲、观察、探究和互动等多种不同的交互性场景来完成，以有效提高学生对知识的理解程度，知识的保持效果也要远远高于一般的听课学习.基于建构主义教学思想，教师应为学生提供良好的物理学科知识学习平台，创建和谐氛围与问题情境，以引发学生问题冲突为基础，启发学生思考具体问题，以此来使学生在学习基础性物理概念与公式后，主动进行延伸性的知识建构.由此可以发现，学生物理科学思维的建构首先建立在建构“思维型课堂”之上，通过情境创设——观察分析——问题发现——探究学习——合作分享——互动反思——迁移应用等路径，对学生的物理科学思维进行启发和综合性培养.

2 核心素养培养下高中物理教育中的科学思维发展策略

2.1 理论结合实际生活情境创设，感知物理现象并形成物理概念

教育学家夸美纽斯认为“一切知识都是从感官的知觉开始的”，结合实践物理课程教学可以发现，多种感官参与的教学过程更容易形成直接经验，通过使学生产生直观的课堂学习体验，将丰富的表象素材积累在脑海中，进而深入开展探究物理知识本质的学习活动.在高中阶段，教学时间紧、任务重，因此容易出现片面的教学观与教学方法，如教师直接将未经任何处理的物理知识与概念灌输给学生，对于抽象性物理概念与问题，灌输式教学中学生以死记硬背为主，物理科学思维难以发展，学生无意义地学习，缺少了从原始具象中探究物理知识本质的学习过程，在面对复杂学习情境时，缺乏丰富的思维材料与情境，难以利用物理知识来解决实践问题，容易导致学生科学思维停滞不前，因此，在实践教学的过程中，教师应对物理概念与抽象性知识进行拆解划分，有计划有技巧地筛选教学资源，以将物理观念具象化为教学目标，并利用图片与视频适度对物理知识进行解释，将物理课堂教学内容与学生实际生活场景进行紧密联系，进而促使学生感知并理解物理现象，促进自身物理科学思维的发展.

例如 在教学“曲线运动”时，将曲线运动的物理概念与知识具象化，以日常生活中常见的“扔飞镖活动”创设情境，丰富学生的多感官体验.组织学生进行扔飞镖的比赛活动，并用手机视频录像功能记录学生扔飞镖过程中飞镖的运动路线，以慢镜头拆解的方式制作曲线运动视频，并利用多媒体展示视频内容，引导学生思考飞镖曲线运动的轨迹特点，通过活动化的学习使学生自主发现飞镖的运动轨迹是曲线.教师引导学生思考生活中与飞镖运动轨迹相同的物体，激发学生对曲线运动的思考.如盘山公路上的汽车运动过程、被高高抛起的篮球、羽毛球的运动轨迹等.最后由教师以多媒体图片和视频的方式，展示与物理相关的抽象化的曲线运动过程，丰富学生对曲线运动的物理化认知，如地球的公转、核外电子绕核高速运转轨迹以及游乐场的海盗船运动轨迹等.以日常生活、微观世界、体育赛事等多样化的思维材料，引导学生提取多种运动表象的本质，进而对曲线运动的概念进行综合概括.

2.2 问题链的设计引导自主建构，提高学生模型建构与推理能力

科学推理是建立在对客观科学知识理解与科学规律的现实分析基础之上的，学生通过对物理知识的分析、综合化学习形成新结论，科学推理则是学生物理逻辑思维发展的具体表现.实践教学过程中，现实条件复杂多变，高中物理学科教学应更加注重知识的内在联系，以知识逻辑性串联的方式，促使学生科学地推理学科概念与规律性内容，以显化科学思维的方式，如问题链师生对话设计，形成思维层面的教学互动，帮助学生进行物理知识的推理与知识自主化建构.

例如 在教学“功”的一般表达式相关内容时，教师首先应为学生营造问题情境，以常见的生活场景为基础设计问题链，将课本水平放置在讲台上，假设用水平力F1拉动书，在讲桌上移动了X距离，求解拉力对书本所做功的大小？当我们换一个角度，在书本运动过程中，假设讲桌对书本的支持力为N，你能求解出N的具体数值吗？以拉力F2斜着拉住书的一角，拽动书本滑行X的距离，你能计算出拉力F2对书本做了多少功吗？前两种情况属于常规计算，学生很容易理解，引导学生将第三个问题转化为前两种情况，进而构建并完善它的一般表达式.

从一般结论推导特殊的情况，从演绎推理的角度出发，建立小前提与大前提之间的关系，并将其作为归纳推理的逆过程.再如引导学生探究“自由落体运动的位移与时间关系”时，问题链设计以自由落体运动的受力情况为主，引导学生回顾旧知结合实际生活探究自由落体运动与哪种运动情况相似，并判断其位移时间关系，总结归纳自由落体运动的时间与位移的关系，建构自由落体模型，培养学生的科学思维与问题推理能力.

2.3 SNP模式教学实践应用设计，培养学生问题论证与思维能力

基于大概念引领设计以SNP教学模式为主的实践性问题，需要教师明确某一节课的物理驱动问题主线，并以科学论证与建模为核心，建立教学支架.主张让学生通过参与科学建模与论证的过程来对自身的科学思维能力进行综合培养.SNP教学模式与传统教学模式相比有着较大差异，在学习过程中转换了角色，即学生是课堂学习的引导者和组织者，教师作为学生学习的辅助者，以提供帮助为主，帮助学生进行大概念的知识建构.高中物理SNP模式教学实践应用设计一般包括四个步骤，一是大概念的划分，以简洁的综述来汇集物理学科特定领域的基础知识，如物理中关于速度的基础知识，速度、速率、最大速度、平均速度、瞬时速度、加速度等；二是驱动问题，即通过提出问题来引导学生讨论并探究某一物理事件或情况因素的方式，如牛顿从苹果落地现象发现了“万有引力定律”，奥斯特从通电在导线下小磁针的偏转现象发现了电流的磁场等；三是科学建模，针对复杂和看不见的抽象性物理问题，建设简约、可视化和假设化的模型，将抽象与复杂的物理简化，并提炼出具有假设性表征的表达形式；四是科学论证，即针对问题进行观点性回应，引导支持学生通过证据探究，对课本内容与学习资料进行解读与分析，进而得到有意义的研究结论，其中科学建模与科学论证互脚手架关系，二者相互影响又相互促进.

例如 在教学”牛顿第三定律”时，教师首先建立驱动性问题，播放拔河比赛相关视频，并进行提问：如果班级要参加拔河比赛，你会选择谁去参加，说说你的选择依据.学生普遍会选择力气大的或选择重量大的，教师带领学生走出课堂，分小组进行实践拔河比赛演练，并在拔河比赛的过程中，对拔河队员的受力进行分析，得出最大静摩擦力的一方更容易获胜的结论，而最大静摩擦力的最大影响因素是重量，因此应选择体重比较大的学生.在实践验证的基础上引导学生思考，相互作用力有什么特点，为学生小组分发实验包，并以小组为单位利用弹簧测力计等实验器具建立实验研究模型，鼓励学生提出论点并进行实践验证.得出论点为相互作用力大小相等，方向相反且作用在同一条直线上，论据则为以弹簧测力计进行实验，显示数值大小相等.经过班级小组模型的实验演示与口头论证，选择最适宜的力的平衡展示模型，促使学生在学习相互作用力知识点的过程中，以展示论据和听取他人论据的方式，提升自身的论证能力，复习弹簧测力计的典型错误用法，培养学生的物理辩证思维能力.最后教师帮助学生总结相互作用力的特点，并与平衡力的特点进行比较，鼓励学生自己建立模型，明确相互作用力与平衡力的性质关系与差别，打破原有认知冲突，加深学生的课堂学习印象.

3 结语

总而言之，基于高中物理学科核心素养教学要求，教师应对科学思维型教学内涵进行深入解读，并基于认知冲突、知识迁移、自主建构和模型探究等教育理念，延伸出生活情境创建、问题链教学设计与SNP模型教学，以此来提升学生的科学思维与探究能力，培养学生的物理学科态度，促使学生产生积极的内部学习动机，进而在物理概念建构、规律方法总结、思维拓展延伸与综合能力的发展的基础上，内化物理思想、知识与规律，并完善自身认知结构，进而综合提升学生的物理知识学习能力，对学生的物理学科素养进行全面培养.

参考文献：

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