高中物理教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)查分析與建議

高秀麗 許文慧

［摘 要］文章立足問卷調(diào)查結(jié)果和教師訪談情況，分析高中物理教師對物理學(xué)科核心素養(yǎng)和科學(xué)思維的認知程度、高中物理教師的科學(xué)思維培養(yǎng)意識及培養(yǎng)現(xiàn)狀、高中物理教師培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的途徑與策略，并提出在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的建議。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)思維；高中物理；調(diào)查分析；建議

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ? ? ［文獻標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）21-0008-04

隨著教育部提出學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)成為當(dāng)前基礎(chǔ)教育的重要任務(wù)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面。其中，科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是物理教師的重要教學(xué)任務(wù)。

自從《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》頒布以來，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)在高中物理教學(xué)中是否真正得到落實？在高中物理教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)現(xiàn)狀如何？針對這些問題，筆者帶領(lǐng)研究團隊通過線上對全國各地的高中物理教師進行了隨機問卷調(diào)查。此次問卷調(diào)查的目的是了解高中物理教師對物理學(xué)科核心素養(yǎng)和科學(xué)思維的認知程度，了解高中物理教師的科學(xué)思維培養(yǎng)意識、途徑、策略和存在的困難等，并在分析調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上提出在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的建議。本次調(diào)查共回收有效問卷107份，參與問卷調(diào)查的教師中本科學(xué)歷的占63.92%，研究生學(xué)歷的占29.48%，博士研究生學(xué)歷的占3.81%，大專學(xué)歷的占2.79%。任教高一的教師占32.71%，任教高二的教師占32.71%，任教高三的教師占34.58%，參與問卷調(diào)查的教師基本上均勻分布在高中三個年級。教齡30年以上的教師占8.41%，教齡20年至30年的教師占45.79%，教齡10年至20年的教師占30.84%，教齡5年至10年的教師占3.74%，教齡1年至5年的教師占11.21%，參與問卷調(diào)查的教師有85.04%是教齡在10年以上且有著豐富教學(xué)經(jīng)驗的，這在一定程度上保證了問卷調(diào)查結(jié)果的可靠性。

一、高中物理教師對物理學(xué)科核心素養(yǎng)和科學(xué)思維的認知程度

（一）調(diào)查基本情況

從“您認為物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括哪些方面？”的問卷調(diào)查結(jié)果可以看出，認為物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的教師分別占92.59%、91.67%、80.56%、80.56%。而認為質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)推理、科學(xué)態(tài)度與價值觀、科學(xué)論證也屬于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要素的教師分別占45.37%、51.85%、56.48%、32.41%。

在關(guān)于高中物理教師對科學(xué)思維的認知程度的問卷調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，認為模型建構(gòu)、科學(xué)論證、科學(xué)推理、質(zhì)疑創(chuàng)新屬于科學(xué)思維素養(yǎng)要素的教師分別占94.39%、78.50%、81.31%、68.22%。其中71.03%的教師認為邏輯推理屬于科學(xué)思維素養(yǎng)要素，而認為科學(xué)批判、演繹推理、分析綜合也屬于科學(xué)思維素養(yǎng)要素的教師分別占41.12%、51.40%、48.60%。

（二）調(diào)查結(jié)果分析

從問卷調(diào)查結(jié)果來看，四個要素都有80%以上的教師選擇，也就是說，對于物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括哪些方面，大多數(shù)教師是比較清晰的。相對而言，教師對于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的子要素科學(xué)思維包含的要素則了解較少，僅有68.22%的教師認為質(zhì)疑創(chuàng)新屬于科學(xué)思維素養(yǎng)要素，而錯誤選擇“邏輯推理”選項的教師占71.03%，能正確選擇模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新四個選項的教師僅占14.95%。這說明大部分教師對科學(xué)思維有初步認識，但并沒有進一步對其構(gòu)成要素進行深入了解和研究。

二、高中物理教師的科學(xué)思維培養(yǎng)意識及培養(yǎng)現(xiàn)狀

（一）調(diào)查基本情況

由問卷調(diào)查結(jié)果可以看出，84.26%的教師認為在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是非常有必要的，14.81%的教師認為在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是有必要的。

從“您平時會通過哪些途徑了解科學(xué)思維的概念和相關(guān)培養(yǎng)策略？”這一問題的調(diào)查結(jié)果來看，通過網(wǎng)絡(luò)搜索和閱讀教育期刊了解科學(xué)思維的概念和相關(guān)培養(yǎng)策略的教師最多，分別占80.56%和72.22%，其次是通過工作培訓(xùn)和教輔用書了解科學(xué)思維的概念和相關(guān)培養(yǎng)策略，分別占64.81%和50%，有9.26%的教師是通過其他途徑了解科學(xué)思維的概念和相關(guān)培養(yǎng)策略的，例如通過閱讀專業(yè)書籍、學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)術(shù)書籍及參加學(xué)術(shù)會議和學(xué)術(shù)交流活動等，但也有1.85%的教師表示沒有專門了解過科學(xué)思維的概念和相關(guān)培養(yǎng)策略。

關(guān)于“在課前備課過程中會注意挖掘并整理高中物理教材中與科學(xué)思維相關(guān)的內(nèi)容嗎？”的調(diào)查結(jié)果顯示，選擇“非常注意”“注意”“比較注意”“不注意”的教師分別占45.79%、32.71%、17.76%和3.74%。

課堂教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的主要陣地。在高中物理教學(xué)中，有47.66%的教師已經(jīng)開始有計劃、有目的地去培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維；有40.19%的教師開始探索培養(yǎng)科學(xué)思維的途徑和方法；有11.21%的教師有想過要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，但是沒有時間與方法；從來沒有想過培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的教師僅占0.93%（見圖1）。

從高中物理教師在課堂教學(xué)中對學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果可以看出，72.90%的教師經(jīng)常有在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構(gòu)活動，26.17%的教師偶爾有在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構(gòu)活動，幾乎沒有在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構(gòu)活動的教師僅占0.93%（見圖2）。64.49%的教師經(jīng)常會在課堂上引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進行分析和推理活動，31.78%的教師偶爾會在課堂上引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進行分析和推理活動，幾乎不會在課堂上引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進行分析和推理活動的教師占2.8%，從來不會在課堂上引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進行分析和推理活動的教師占0.93%（見圖3）。

（二）調(diào)查結(jié)果分析

1.教師重視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)但教學(xué)實施不足

從問卷調(diào)查結(jié)果來看，99%以上的教師認為在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是必要的，也就是說大部分教師意識到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要性且會主動通過各種途徑進行相關(guān)的理論學(xué)習(xí)。但能夠有計劃、有目的地去培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的教師僅占47.66%，而非常注意在課前備課過程中挖掘并整理高中物理教材中與科學(xué)思維相關(guān)的內(nèi)容的教師也僅占45.79%。其中的原因：一是教師缺乏培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法和途徑，對于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)還在摸索過程中，而從了解科學(xué)思維的概念和相關(guān)培養(yǎng)策略的途徑可以看出，教師較少經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，更多的是通過自己查閱資料來了解；二是由于高中課時緊張，高考壓力大，教師沒有時間和精力對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)進行研究。

2.教師對學(xué)生模型建構(gòu)能力培養(yǎng)的重視程度高于其他科學(xué)思維能力

從問卷調(diào)查結(jié)果可以看出，72.90%的教師會在課堂上滲透物理建模思想并進行物理模型建構(gòu)活動，64.49%的教師經(jīng)常會在課堂上引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進行分析和推理活動，這說明教師更重視對學(xué)生模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)。大部分教師對模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)策略更加了解，更能將模型建構(gòu)與課堂教學(xué)相融合。

三、高中物理教師培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的途徑與策略

（一）調(diào)查基本情況

從“通常情況下您是如何來進行物理實驗教學(xué)的？”這一問題的調(diào)查結(jié)果來看，有51.40%的教師選擇“板書推導(dǎo)和口述實驗原理和過程，強調(diào)實驗重點”，有66.36%的教師選擇“多媒體演示，強調(diào)實驗重點”，有68.22%的教師選擇“演示實驗，學(xué)生觀察”，有62.62%的教師選擇“講解實驗原理和實驗步驟后讓學(xué)生動手實驗”，僅有43.93%的教師選擇“引導(dǎo)學(xué)生自主探究”（見圖4）。

從“您認為以下哪些手段能有效提高學(xué)生的科學(xué)思維能力？”這一問題的調(diào)查結(jié)果來看，有89.81%的教師選擇“創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探究、分析和質(zhì)疑”，有84.26%的教師選擇“課堂師生互動，創(chuàng)造質(zhì)疑環(huán)境”，有75%的教師選擇“創(chuàng)設(shè)與實際生活相聯(lián)系的情境，培養(yǎng)學(xué)生的建模、分析和解決問題能力”，有68.52%的教師選擇“采用問題教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力”，有60.19%的教師選擇“給予學(xué)生成功的質(zhì)疑體驗，使學(xué)生樂于質(zhì)疑”，有54.63%的教師選擇“傳授質(zhì)疑方法，鼓勵學(xué)生質(zhì)疑”（見圖5）。

（二）調(diào)查結(jié)果分析

1.教師選取的實驗教學(xué)方式不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

從問卷調(diào)查結(jié)果可以看出，68.22%的教師選擇“演示實驗，學(xué)生觀察”這一物理實驗教學(xué)方式；62.62%的教師會讓學(xué)生動手實驗，但學(xué)生動手實驗前，教師會先講解實驗原理和實驗步驟，而能夠引導(dǎo)學(xué)生自主探究的教師僅占43.93%。由此可見，教師在進行物理實驗教學(xué)時注重明確實驗步驟，強調(diào)實驗重點，但忽視了引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識和自主探究物理規(guī)律。這種實驗教學(xué)方式不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新能力。同時從側(cè)面反映了教師缺乏培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的有效途徑和策略，沒能很好地利用實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

2.教師普遍認可通過“創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探究、分析和質(zhì)疑”這一手段落實科學(xué)思維的培養(yǎng)

從問卷調(diào)查結(jié)果可以看出，有89.81%的教師認為通過“創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探究、分析和質(zhì)疑”這一手段能有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。筆者對個別教師進行了訪談，從中了解到教師認為創(chuàng)設(shè)相關(guān)情境有激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、幫助學(xué)生理解抽象的物理概念和規(guī)律等作用，而提出有效問題，能培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，這說明不少教師對創(chuàng)設(shè)情境進行教學(xué)是重視的。

四、在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的建議

（一）基于需求規(guī)劃“教師核心素養(yǎng)培養(yǎng)”系列培訓(xùn)

從“您認為在對學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)方面自己需要提高的是什么？”這一問題的調(diào)查結(jié)果來看，參與調(diào)查的教師普遍認為“相關(guān)的理論知識”“課堂教學(xué)能力”“現(xiàn)代教學(xué)手段”“課程資源的開發(fā)能力”“教育教學(xué)研究能力”都需要提高。自新課程改革和新課標(biāo)實施以來，國家、省、市各級均開展了一系列的教師培訓(xùn)，但從培訓(xùn)效果反饋來看，各級教師新課程培訓(xùn)缺乏統(tǒng)籌安排和頂層設(shè)計，培訓(xùn)的內(nèi)容還沒有真正基于教師的需求進行系統(tǒng)規(guī)劃。

筆者對個別教師進行了訪談，從中了解到有些培訓(xùn)內(nèi)容多次重復(fù)，而有些培訓(xùn)內(nèi)容卻沒有涉及，理論的普及、教學(xué)實施路徑和策略還不夠具體化。目前，物理新課程教師培訓(xùn)的內(nèi)容主要是圍繞物理新課程標(biāo)準(zhǔn)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)。從問卷調(diào)查結(jié)果來看，對于物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括哪些要素，大多數(shù)教師還是比較清晰的，但對于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個要素包含哪些子要素卻不太清楚。筆者了解到，目前市面上關(guān)于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個要素的理論書籍還比較少。可見，要使核心素養(yǎng)的培養(yǎng)真正能夠在課堂教學(xué)中落實，需要把核心素養(yǎng)具體化，需要教師真正理解核心素養(yǎng)每一個要素的內(nèi)涵。因此，建議各級教育主管部門和教學(xué)教研部門圍繞核心素養(yǎng)四個要素的相關(guān)理論、課堂教學(xué)中如何落實核心素養(yǎng)等開展系列化教師培訓(xùn)。

（二）基于案例培訓(xùn)強化教師科學(xué)思維培養(yǎng)意識

從“您認為在中學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維的主要困難有哪些？”這一問題的調(diào)查結(jié)果可以看出，參與調(diào)查的教師普遍認為主要困難有：對新課程理念缺乏足夠的認識、沒有準(zhǔn)確把握科學(xué)思維教育內(nèi)容 、缺乏系統(tǒng)的科學(xué)思維培養(yǎng)策略與方法、無法對科學(xué)思維進行外顯化評價。由此可見，教師一方面要加強有關(guān)新課程理念和科學(xué)思維的系統(tǒng)培訓(xùn)，另一方面要加強有關(guān)科學(xué)思維培養(yǎng)策略與方法的系統(tǒng)培訓(xùn)。建議結(jié)合具體的教學(xué)案例或教學(xué)片段開展科學(xué)思維培養(yǎng)策略與方法的培訓(xùn)。在這過程中，教師應(yīng)思考：教學(xué)案例如何體現(xiàn)科學(xué)思維？具體體現(xiàn)了模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的哪一方面？如何體現(xiàn)？采用怎樣的教學(xué)策略和方法落實科學(xué)思維培養(yǎng)？從問卷調(diào)查結(jié)果可以看出，教師普遍認為可以通過“創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探究、分析和質(zhì)疑”這一手段落實科學(xué)思維的培養(yǎng)。對此，筆者團隊就科學(xué)思維培養(yǎng)的“情境—探究—應(yīng)用”教學(xué)模式進行了實踐研究，以期為一線教師培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維提供參考。

（三）統(tǒng)籌開發(fā)科學(xué)思維培養(yǎng)案例微視頻

從目前的科學(xué)思維培養(yǎng)現(xiàn)狀來看，絕大多數(shù)教師已經(jīng)具有培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的意識，并且開始在教學(xué)實踐中進行探索，為此，建議統(tǒng)籌開發(fā)科學(xué)思維培養(yǎng)案例微視頻?？梢葬槍δ骋唤虒W(xué)環(huán)節(jié)開發(fā)，如針對概念的建構(gòu)環(huán)節(jié)開發(fā)微視頻，或者針對規(guī)律的形成環(huán)節(jié)開發(fā)微視頻，所開發(fā)的微視頻要關(guān)注學(xué)生外顯的科學(xué)思維培養(yǎng)過程。也可以按照科學(xué)思維各子要素的培養(yǎng)目標(biāo)開發(fā)微視頻，如按照模型建構(gòu)能力培養(yǎng)開發(fā)微視頻，或者按照科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)開發(fā)微視頻。這些微視頻為教師培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維提供了實施范例，大大促進了學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)在課堂教學(xué)中有效落地。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

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