基于促成学生科学思维发展的初中物理教学设计与实践

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《标准》）对物理学科核心素养内涵中的“科学思维”作出明确解释：科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用。培养学生科学思维是实现物理学科核心素养培育要求的重要路径，也是物理教学设计与实践中应着重考虑的关键要素。

本文对基于促成学生科学思维发展的初中物理教学设计与实践这一课题展开讨论，分析其意义与要点，并结合《标准》要求提出培养学生科学推理、科学创新、科学抽象、科学探究等思维的指导方法，旨在优化初中物理教学设计，提高学科教学实践水平。

一、基于促成学生科学思维发展的初中物理教学的意义

（一）发挥学科教学价值

首先，将培养学生科学思维作为初中物理教学重点符合《标准》相关要求，有助于提高学生的物理学科核心素养。其次，学生具备良好的科学思维，能够深入理解物理知识原理及规律，探寻应用方法，对提高学习能力有着积极的作用。最后，科学思维培养契合物理学科教学特点，使教师更注重学生综合能力的发展。综合来看，基于促成学生科学思维发展进行初中物理教学设计与实践，能够体现学科教学的价值。

（二）提升学生的学习体验

学习体验在某种程度上决定着学生的学习质量。学习体验由学习活动提供，这要求教师在学科教学中为学生创造更多样的学习活动，既能提升其课堂学习的积极性，又能使其收获物理学习的成就感。在丰富的学习活动中，学生通过自主思考、探索、实践等多种形式对物理知识展开探究，有助于科学思维的发展。由此可见，将促成学生科学思维发展作为初中物理重点教学目标，某种程度上有利于提升其课堂体验感。

（三）发展学生综合素养

相较于其他学科，物理学科更强调综合性，这种综合性体现在物理学科教学融合了多个学科教学的特点。一方面，物理知识原理讲解与数学公式讲解具有共性；另一方面，物理实验教学也与化学实验和生物实验等存在共同点，均为通过动手实践验证相关原理。因此，物理学习有助于学生综合素养的提升，而致力于发展学生的科学思维便是实现这一目标的有效途径。

二、基于促成学生科学思维发展的初中物理教学设计与实践要点

（一）培养科学意识

物理知识来源于物理现象，而物理现象蕴含着物理原理。正确解释物理现象、发掘物理知识、认识物理原理，需要学生具备良好的科学意识，这正是培养学生科学思维的重要前提。因此，教师在初中物理教学设计与实践活动中应明确培养学生科学意识这一重点要求，引导其从学科角度思考和解决物理问题，在意识和形态方面做出转变，形成科学观念，促进自身科学思维的良好发展。

（二）注重思维发展

形成科学思维素养需要依靠思维能力。作为素养的核心内容，思维能力对学生在物理学习中的思维活动、知识理解等方面都具有关键性的影响。由此可见，教师在进行学科教学设计与实践工作中，应以培养学生的思维能力作为发展其科学思维的主要着力点，致力于引导其在学习中主动思考、积极探究，避免存在思维被动和对学习方法理解不当等问题。在逐步深化学生对学科知识理解的过程中，促进其科学思维素养的形成。

三、基于促成学生科学思维发展的初中物理教学设计与实践方法

（一）构建问题支架，形成科学推理思维

推理在科学思维培养中发挥着重要作用，物理学科中的推理本质是学生在分析已知信息的基础上，结合学科相关知识，对问题答案展开思考和探究的过程。可见，问题是引导学生进行推理活动的关键。在学科教学设计中，教师应根据教材内容设置对应的问题，并在教学实践中通过问题支架的构建，有效激活学生的科学推理思维，引导其进入深度思考状态，提高问题解决能力和物理推理能力。

例如，在浙教版七年级上册“熔化与凝固”一课教学中，教师应从“物质的形态变化”这一探究点切入，引导学生通过推理了解物质的固体和液态之间存在相互转化关系，总结熔化与凝固的含义，培养推理思维。

在导入阶段，教师引入案例：我们生活中常见的金属通常以固体形式存在，但是在炼钢厂中，炼钢人员通过一系列加工，将固态的金属变为液态形式。结合案例，教师提出问题：“固态的金属是如何变为液态的？”并由此设置问题支架：

（1）哪些金属在常态下是固态的？

（2）炼钢厂中的钢水是钢的什么形态？

（3）物理学中如何定义钢变为钢水以及钢水变为钢的物质形态变化过程？

在问题（1）中，学生可以联系生活实际，列举自己常见的金属，如铁、钢、铝，将熟悉的事物作为研究对象，能够激发学生的学习兴趣，激活其科学推理思维。譬如，教师引导学生将“钢”这种生活中常见的金属作为本课的研究对象，与案例相结合，在问题（1）的基础上设计问题（2）和问题（3），促使学生对钢这种固体金属的其他存在形式进行研究。在问题（2）中，学生结合教师给出的案例自主搜集与“工厂炼钢”相关的资料，了解“炼钢”的基本操作流程，使教学联系实际，运用案例辅助，让学生了解“钢水”这一金属的液态存在形式，为学习物理学中的“熔化”概念奠定基础。而在问题（3）中，学生将在前两个问题的基础上进一步探究钢与钢水之间的转化条件，了解“熔化”是物质由固态变为液态的过程，而“凝固”是物质由液态变为固态的过程，逐步接近“熔化与凝固”的概念本质，经历完整的推理过程。

在此基础上，教师引出“熔化与凝固”，并与探究点“钢与钢水之间的转化”衔接，设置问题支架：

（1）钢变为钢水需要什么条件？

（2）钢水变为钢需要什么条件？

（3）物质熔化与凝固需要什么条件？

联系上一知识点，学生通过思考很快便能得出相应的答案：固态形式的钢需要通过加热达到钢的熔点，继续加热后，固态的钢将逐渐变为液态的钢，也就是钢水；在停止加热后，随着温度不断降低，在钢的熔点以下，钢水又会变为常态下固态形式的钢。经上述推理，学生总结：熔化需要升温，而凝固需要降温。通过一系列的推理活动，在探讨“物质形态转变”话题中，学生的思维水平得以提升。

（二）巧用思维导图，培养科学创新思维

作为广泛应用于各个学科教学中的重要辅助工具，思维导图在培养学生科学思维方面同样具有重要价值。思维导图能够清晰地展现学科知识的结构特点，体现教材中不同模块内容的相关性和共通性，帮助学生掌握学科知识的内在联系。教师在物理教学实践中灵活运用思维导图，既能将学科知识以框架形式进行呈现，又能突破传统线性知识讲解的局限性，使学生的学习思维得到创新。在思维导图系统性和逻辑性的带动下，教师引导学生从多个方面对学科知识展开思考，提升其科学思维品质。

例如，在浙教版七年级下册“力的存在”一课教学中，“力是物体之间的相互作用”是本课的核心知识概念，“力的作用效果”“如何改变施力现象”“常见的力学现象”等相关知识都围绕这一核心知识点展开。结合课程知识结构化特点，教师应指导学生运用思维导图整合课程内容，提炼核心概念，创新学习方法。

教师应为学生介绍“力”这一重要的物理量，对接生活，通过生活案例导入，使学生认识生活中的力，在观察、分析、猜想、验证等一系列思维活动中，总结力的概念，初步构建思维导图基本框架。譬如，教师鼓励学生列举自然、生活或者生产中有关于力的事例，如写字、画画、跑步、做家务等。在教师的点拨下，学生将自己想象为施力的“物体”，将其他事物想象为受力的“物体”，由此总结出：力是物体对物体的作用效果。

在此基础上，“力”的思维导图应划分出“力的作用效果”“力的施加方向”等分支，使学生理清学习思路，在明确“力是什么”的基础上，对“力”展开进一步探究。在该部分教学中，教师应让学生亲自演示“施力”的过程，并由此分析“力的作用效果”与“力的施加方向”。譬如，教师指导两名学生各执弹簧一端，将弹簧用力拉开，思考在这一过程中存在哪些力。在这一活动中，学生能够认识到“力能够使物体发生形变”“力的作用是相互的”，而对于“力的施加方向”，应分为学生和弹簧分别讨论，学生施加的力是向外的，而弹簧施加的力是向内的，两者处于平衡状态。至此，学生利用思维导图实现了“力是什么”“力的作用效果”“力的方向”等内容的串联，其物理思维能力也随之得到提高。

（三）搭建物理模型，发展科学抽象思维

初中阶段是学生初次接触物理知识的时期，初中物理学科知识因较为抽象，对学生而言具有一定的理解难度，若致力于发展其科学思维，教师需要结合物理学科知识的特点创新讲解形式。教学模型的搭建实现了物理知识与现实生活的连接，也能够将抽象的物理知识概念具象化表达，有利于学生掌握物理知识规律，形成科学的抽象思维。教师应把握搭建物理模型的核心要求，即“把握核心要素，简化物理概念”，在模型中突出教学重难点，促使学生高效完成知识的内化与迁移。

例如，在浙教版七年级上册“物质的密度”一课教学中，“密度”虽然是物质的一种特性，但是“密度”是看不见摸不着的，抽象性的特点决定了其具有一定的学习难度，教师要借助物理模型引导学生形象地了解“什么是密度”以及“密度如何测算”。

在教学中，教师应以直观演示的方式向学生展示密度对物质性质的决定性作用，便于其初步建立“密度”的物理概念。教师准备相同体积的铁块和木块，向学生提问：“铁块和木块大小一致，那么两者的质量孰大孰小呢？”学生运用常识直接回答出：“相同体积下，铁块的质量大于木块。”教师追问：“体积相同的前提下，是什么决定着铁块质量大于木块呢？”“密度”这一物理概念逐渐“浮出水面”，学生了解到物质除了质量和体积这两种能够直观观察到的特性以外，还存在一种肉眼看不到的特性，即“密度”。

随后，教师进一步完善物理概念模型，引导学生对“密度的测算”展开进一步探究。通过联系已学知识，教师鼓励学生思考：“质量、体积、密度既然都是物质的基本特性，那么三者之间是否存在特定关系呢？”教师应指导学生构建思维模型，尝试运用直观的质量与体积这两种物理量，探索密度这一抽象物理量与其之间的关系，使学生通过亲身体验认识“密度是质量与体积的比值”这一物理关系，并回归教学初始阶段，运用密度测算公式解释体积相同的前提下，铁块质量大于木块是因为铁的密度大于木头，从而构建完整的物理模型，实现教学闭环。

（四）重视实验教学，锻炼科学探究思维

物理原理的揭示与物理规律的总结离不开物理实验活动。在实验中，趣味多变的实验现象有助于激发学生的学习热情，直观观察的学习方式能够深化学生对知识的理解。物理实验是学科重点教学内容，也是培养学生科学思维的重要方法。实验教学应与探究情境结合进行，在情境中导入实验课题，激活学生的物理探究思维，在实验中验证物理猜想，锻炼其实践操作能力，通过实验教学设计优化，培养学生良好的探究意识，发展其科学探究思维。

例如，在浙教版七年级下册“重力”一课教学中，本课应基于“从现象出发，经过分析、比较得出结论”的思路开展教学活动，通过关于重力的实验活动，组织学生归纳“重力的概念”“重力的大小和方向”等相关内容。

“重力的概念”“重力与质量的关系”是课程的重点内容，教学实验应围绕这两个内容展开，引导学生由“现象”看“本质”。教师准备秒表和质量不同的木球，指导学生完成实验操作：一名学生负责将木球举到一定的高度后释放，质量大和质量小的木球释放的高度应保持一致，另一名学生负责在木球释放后开始计时，在木球接触地面的一刻停止计时。实验结束后，学生收集计时数据，比较质量大的木球与质量小的木球所需的落地时间，发现在几次实验后，质量大的木球的落地时间都小于质量小的木球落地时间。结合这一实验现象，教师组织学生合作讨论：木球落地所做的是什么运动？需要借助什么力？为什么质量大的木球落地更快？

通过本课的实验活动，学生在实践操作中能够认识到：物体本身具有重力，重力大小由物体质量大小决定，两者成正比关系；在物体做自由落体的过程中，重力转化为重力势能，使物体受到竖直向下的力的作用，重力越大，重力势能越大，因此质量较大的木球落地更快。至此，学生通过自主探究了解了重力的本质，同时形成了“在探索中发现规律，在实践中获得新知”的物理学习思维，思维能力与问题解决能力得以同步提高。

四、结语

科学思维是学生学习物理知识所必备的素养之一，在初中物理教学中，以促成学生科学思维发展为学科教学设计与实践的总体目标，对推动物理学科教学改革和教法创新均具有重要意义。教师应深知科学思维发展需要以丰富的教学活动为载体，通过多种教学手段增强学生的物理学习体验，降低物理学习难度，助力学生取得良好的学习效果，实现科学思维发展目标。