彭耀

【摘要】科學(xué)思維，是初中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵之一.科學(xué)思維包含的要素較多，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，有助于準(zhǔn)確理解物理現(xiàn)象，探索物理本質(zhì).本文首先分析科學(xué)思維能力的結(jié)構(gòu)，然后以初中物理概念教學(xué)為例，分別從“運(yùn)用信息技術(shù)、凸顯主體地位，創(chuàng)設(shè)趣味情境、促進(jìn)深度思考，設(shè)計(jì)探究活動(dòng)、注重思維發(fā)展，建構(gòu)概念體系、掌握思維方法”等四個(gè)方面，探尋培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的初中物理概念教學(xué)路徑.

【關(guān)鍵詞】科學(xué)思維；概念教學(xué)；初中物理

根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的要求，新時(shí)期的初中物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為中心.其中，科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的重要組成，與物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等其他核心素養(yǎng)有著十分緊密的關(guān)系.科學(xué)思維主要包括推理分析、質(zhì)疑論證、創(chuàng)新創(chuàng)造、模型建構(gòu)等基本要素，均需要學(xué)生在探究新知識(shí)、新事物的過(guò)程中進(jìn)行深度思考，逐漸鍛煉出優(yōu)秀的學(xué)習(xí)品質(zhì)^[1].下面，以初中物理學(xué)科的概念教學(xué)為例，探究培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的初中物理概念教學(xué)路徑.

1 科學(xué)思維能力的結(jié)構(gòu)分析

1.1 科學(xué)思維的內(nèi)容

科學(xué)思維的內(nèi)容是科學(xué)思維能力的組成之一，需要學(xué)生全面了解自然現(xiàn)象、科學(xué)概念、實(shí)驗(yàn)規(guī)律、研究問(wèn)題，并將這些知識(shí)點(diǎn)融合在一起，形成一種科學(xué)、高效的思考方式^[2].由于物理概念是科學(xué)概念的關(guān)鍵組成，因此，以物理概念作為切入點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)方略，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的成長(zhǎng)具有重要意義.

1.2 科學(xué)思維的方法

關(guān)于科學(xué)思維的方法，主要指人們?cè)诜治鰡?wèn)題與學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，所采用的高效、合理的思考方法，是構(gòu)成科學(xué)思維能力的關(guān)鍵因素.一般來(lái)講，科學(xué)思維的方法共有以下幾種：科學(xué)推理、臻美、比較與分類、等效替代、分析綜合.其中，科學(xué)推理方法以類比、演繹為主，臻美以和諧、簡(jiǎn)潔、對(duì)稱、多樣統(tǒng)一為主，比較與分類的方式以差異化比較、相似化比較為主，等效替代法需要針對(duì)物理模型、研究過(guò)程、作用結(jié)果、事物本質(zhì)的具體情況，進(jìn)行等效替代分析，分析與綜合方法包括從復(fù)雜到簡(jiǎn)單、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從分到整、從整到分等多種思考過(guò)程.

1.3 科學(xué)思維的品質(zhì)

科學(xué)思維品質(zhì)是科學(xué)能力的內(nèi)涵，需要學(xué)生在解決問(wèn)題、學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中不斷沉淀，逐漸形成的個(gè)人學(xué)習(xí)素養(yǎng).在此過(guò)程中，學(xué)生通常會(huì)表現(xiàn)出多種多樣的個(gè)人思維特征.如思考比較深刻、善于批判、考慮問(wèn)題的方式比較靈活、反應(yīng)十分敏捷、思考得出的結(jié)論具有獨(dú)創(chuàng)性等.簡(jiǎn)而言之，科學(xué)思維品質(zhì)是評(píng)估學(xué)生科學(xué)思維能力的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的關(guān)鍵點(diǎn).

2 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的初中物理概念教學(xué)路徑

2.1 運(yùn)用信息技術(shù)，凸顯主體地位

在信息時(shí)代，蓬勃發(fā)展的信息技術(shù)全面推動(dòng)教育領(lǐng)域的變革.若想通過(guò)概念教學(xué)有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，物理教師不能沿襲以往的授課思路，為學(xué)生事無(wú)巨細(xì)地分析物理概念的內(nèi)涵，而是要凸顯學(xué)生的主體地位，給予學(xué)生充足的自主學(xué)習(xí)空間.對(duì)此，教師可以運(yùn)用信息技術(shù)，加強(qiáng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí).

首先，教師可以借助微信群、QQ群，為學(xué)生劃分學(xué)習(xí)小組.鼓勵(lì)學(xué)生在群內(nèi)自由交流，完成相應(yīng)的合作學(xué)習(xí).通過(guò)小組合作，可以讓學(xué)生的學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)形成互補(bǔ)，做到彼此促進(jìn)、相互成長(zhǎng).

例如 教師在教學(xué)有關(guān)“杠桿”的課程時(shí)，可以為各小組布置以下實(shí)踐任務(wù)：自制桿秤.學(xué)生在課后探究任務(wù)時(shí)，如果遇到研究難題，比如找不到合適的制作材料，不了解如何標(biāo)記杠桿的刻度等，可以通過(guò)群聊的方式，向其他組員和教師予以求助.由此，能夠營(yíng)造集思廣益的學(xué)習(xí)環(huán)境，充分激發(fā)學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動(dòng)性，讓學(xué)生在合作學(xué)習(xí)的過(guò)程中不斷取長(zhǎng)補(bǔ)短，強(qiáng)化自身的科學(xué)思維能力.

其次，教師可以通過(guò)電子書(shū)包，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí).所謂電子書(shū)包，包括教師端與學(xué)生端，二者之間可以自由傳送信息.在教師端中，通常會(huì)歸納總結(jié)每堂課的導(dǎo)學(xué)案、活動(dòng)卡、微視頻、PPT，方便學(xué)生預(yù)習(xí)學(xué)習(xí).而學(xué)生端中，一般會(huì)收納大量的學(xué)習(xí)材料，方便學(xué)生分享使用.通過(guò)電子書(shū)包，可以將紙質(zhì)課本變得更為立體化，方便學(xué)生隨時(shí)隨地開(kāi)始自由學(xué)習(xí).

例如 以“彈簧測(cè)力計(jì)”的教學(xué)為例，教師可以將本堂課的概念知識(shí)提煉，整理成微課視頻、PPT課件的形式.學(xué)生在課后時(shí)間可以提前下載到移動(dòng)設(shè)備之中，在重復(fù)觀看的過(guò)程中充分了解彈簧測(cè)力計(jì)的原理、讀數(shù)等基本概念.這能起到翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，有效提高學(xué)生的預(yù)習(xí)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效率.通過(guò)電子書(shū)包，學(xué)生在完成相關(guān)的學(xué)習(xí)之后，可以將未學(xué)懂的概念知識(shí)或遇到的問(wèn)題歸納總結(jié)，統(tǒng)一發(fā)送到教師端，由教師展開(kāi)針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo).這樣可以提高物理概念教學(xué)的精確性，培養(yǎng)學(xué)生良好的自主學(xué)習(xí)能力.

2.2 創(chuàng)設(shè)趣味情境，促進(jìn)深度思考

由于物理知識(shí)相對(duì)比較抽象，對(duì)于許多陌生的概念，學(xué)生很容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)困惑.對(duì)此，教師可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境的教學(xué)方式，借助生動(dòng)有趣的情景，簡(jiǎn)化物理概念的理解難度，促進(jìn)學(xué)生的深度思考，在潛移默化中生成良好的科學(xué)思維^[3].

首先，教師可以用問(wèn)題構(gòu)建情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探究欲望.以慣性的概念教學(xué)為例，教師為學(xué)生播放以下兩段生活短視頻：（1）小剛在走路時(shí)，不小心踢到一塊石頭，一下子趴摔在地上；（2）小明在走路過(guò)程中，不小心踩到了香蕉皮，下一刻就仰摔在地上.通過(guò)視頻，教師詢問(wèn)學(xué)生：“兩人分別出現(xiàn)了什么樣的摔倒方式？為什么兩種摔倒方式截然不同？”通過(guò)這種生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，可以迅速引起學(xué)生的研究興趣.從而引入本堂課的重要概念“慣性”，充分啟發(fā)學(xué)生的探究思維.

其次，教師可以引導(dǎo)學(xué)生提出猜想、作出假設(shè)，這樣能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的質(zhì)疑意識(shí).

例如 教師在講解電磁效應(yīng)的概念時(shí)，為學(xué)生播放以下三段情境視頻：（1）知名物理學(xué)家?jiàn)W斯特首次發(fā)現(xiàn)電流具有磁效應(yīng)；（2）奧斯特通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了直導(dǎo)線與通電螺線管的磁場(chǎng)分布；（3）展示有關(guān)通電螺線管的小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察通電螺線管周邊的磁針會(huì)發(fā)生什么樣的變化.當(dāng)學(xué)生觀看完三段短視頻之后，可以對(duì)電磁效應(yīng)的概念產(chǎn)生初步的了解.以此為基礎(chǔ)，教師順勢(shì)引入以下問(wèn)題：“嘗試猜想通電螺線管周圍的磁場(chǎng)方向與什么因素有關(guān)？”通過(guò)視頻的提示，學(xué)生能假設(shè)出電流方向、電池正負(fù)極、螺線管繞法等多個(gè)答案.當(dāng)學(xué)生對(duì)物理概念完成相應(yīng)的猜想之后，教師再結(jié)合實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行全面性的分析驗(yàn)證，貫徹理實(shí)結(jié)合的教學(xué)原則，事半功倍地幫助學(xué)生理解物理概念.

2.3 設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，注重思維發(fā)展

物理具有實(shí)踐性的特點(diǎn)，許多概念知識(shí)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究的形式完成.教師應(yīng)當(dāng)通過(guò)設(shè)計(jì)探究活動(dòng)的教學(xué)形式，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不斷驗(yàn)證自己所學(xué)的知識(shí)，與同學(xué)積極討論交流.由此，學(xué)生在討論中可以分享學(xué)習(xí)心得，合理的反饋能促進(jìn)教師的反思，教師精準(zhǔn)的點(diǎn)評(píng)也能有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維.

首先，在組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、收集證據(jù).要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)規(guī)范使用器材，誠(chéng)實(shí)收集證據(jù)，不隨意加以修改.

例如 以“杠桿平衡條件”的教學(xué)為例，教師可以將實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán)發(fā)放給學(xué)生，并準(zhǔn)備好移動(dòng)設(shè)備，做好教學(xué)觀察和教學(xué)監(jiān)督工作，記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)的每一處細(xì)節(jié).如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以通過(guò)視頻回放的方式，找出問(wèn)題癥候，并加以改正.比如，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將動(dòng)力F₁、阻力F₂、動(dòng)力臂L₁、阻力臂L₂整理成表格的形式.但通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不符合課本中定義的“杠桿平衡條件”的概念.此時(shí)，通過(guò)回放視頻，明顯觀察到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在斜拉彈簧測(cè)力計(jì)的問(wèn)題.由此，通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、修正問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，可以讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，強(qiáng)化對(duì)“力臂”概念的深度理解.同時(shí)，也能讓學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，強(qiáng)化解決問(wèn)題的綜合能力，促使學(xué)生的思維水平由低階向高階發(fā)展，逐漸培養(yǎng)出優(yōu)秀的科學(xué)思維^[4].

其次，學(xué)生在實(shí)踐探究的過(guò)程中，可以參考其他學(xué)科的研究方法，對(duì)物理概念進(jìn)行綜合論證.

例如 數(shù)學(xué)學(xué)科的“數(shù)據(jù)分析與整理”課程對(duì)于學(xué)生物理分析能力的提升具有積極性的影響作用.通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的和、差、積、比值等不同的關(guān)系，可以幫助學(xué)生從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)物理量的規(guī)律.以“通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓之間的關(guān)系”這個(gè)探究活動(dòng)為例.學(xué)生可以準(zhǔn)備兩個(gè)導(dǎo)體甲、乙，通過(guò)歐姆定律實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電流與電壓之間的關(guān)系，并將其繪制成圖，進(jìn)行分析歸納.比如，在同一直線中，U-I圖象屬于什么函數(shù)？同一導(dǎo)體中，如果兩端電壓不斷增大，通過(guò)導(dǎo)體的電流會(huì)發(fā)生什么變化？與電壓有什么樣的數(shù)據(jù)關(guān)系？同一道題中，電壓與電流的比值如何？不同導(dǎo)體中，電壓與電流的比值如何？由此，學(xué)生通過(guò)數(shù)學(xué)學(xué)科的數(shù)據(jù)分析知識(shí)，可以對(duì)以上探究問(wèn)題進(jìn)行綜合驗(yàn)證.并根據(jù)準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，深入剖析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.讓學(xué)生的思考過(guò)程做到有理有據(jù)，推動(dòng)學(xué)生科學(xué)思維能力的成長(zhǎng).

2.4 建構(gòu)概念體系，掌握思維方法

若想在學(xué)生的腦海中形成概念，教師需要幫助學(xué)生掌握建構(gòu)概念的思維方法.對(duì)此，教師需要重視學(xué)生獲取知識(shí)的過(guò)程，并通過(guò)以下幾種方式加以教學(xué)引導(dǎo).

2.4.1 歸納法

歸納法需要學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程、生活經(jīng)歷，針對(duì)某些真實(shí)的物理現(xiàn)象，進(jìn)行綜合性地分析、概括，從中提煉出準(zhǔn)確的物理概念^[5].

例如 光的反射與折射兩種物理概念，屬于生活中常見(jiàn)的自然現(xiàn)象.教師可以結(jié)合學(xué)生的生活認(rèn)知，對(duì)這兩項(xiàng)物理概念進(jìn)行歸納總結(jié).再比如，密度、比熱容、電阻等物理概念主要描述了某種物質(zhì)的特性，通常需要物理實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，在分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中，得出對(duì)應(yīng)的結(jié)論.

2.4.2 類比法

如果有兩個(gè)不同的事物存在相似的屬性，可以通過(guò)這種研究方法剖析與該事物有關(guān)的物理概念.在類比的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)自然而然地鍛煉自身的聯(lián)想思考能力.

例如 電流與電壓這兩個(gè)概念相對(duì)比較抽象.若通過(guò)類比的方式，將“電流、電壓”與“水流、水壓”等價(jià)代換，就能從更為形象的角度幫助學(xué)生理解這兩個(gè)電學(xué)名詞的概念.再比如，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)到“功率”時(shí)，可以類比“速度”這個(gè)名詞，因?yàn)槎呔斜硎究炻囊馑迹梢詭椭鷮W(xué)生迅速完成知識(shí)遷移，理解“功率”的意思.

2.4.3 對(duì)比法

對(duì)比法與類比法比較相似，需要將研究的事物和其他事物相互比較，以凸顯研究事物的本質(zhì)屬性.

例如 針對(duì)光學(xué)課程中的“虛像”與“實(shí)像”，如果對(duì)比二者的形成原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，辨析二者的差異性，可以促進(jìn)學(xué)生的深度思考.再比如，針對(duì)力學(xué)課程的“質(zhì)量”與“重力”，以及“重力”與“壓力”.同樣可以對(duì)比概念，找出其中的相同之處和不同之處，分析二者之間如何進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化.通過(guò)這種方式，不僅能幫助學(xué)生更好地理解物理概念的內(nèi)涵，也能將知識(shí)適當(dāng)外延，為學(xué)生構(gòu)建良好的知識(shí)體系，促進(jìn)科學(xué)思維的生成.

3 結(jié)語(yǔ)

以概念為基礎(chǔ)，全面發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，有助于物理的深度學(xué)習(xí).教師要合理運(yùn)用多種方式，為學(xué)生搭建科學(xué)的思考體系，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)推理、類比、論證等多種方式建構(gòu)概念，對(duì)知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)全面論證.這可以幫助學(xué)生對(duì)物理知識(shí)加深理解，將其遷移內(nèi)化，建構(gòu)科學(xué)思維，有效發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]柳怡.構(gòu)建物理概念 培養(yǎng)科學(xué)思維——以“電阻”教學(xué)為例[J].物理之友，2023，39（04）：32-35.

[2]陳浩榮.面向?qū)W生科學(xué)思維發(fā)展的概念教學(xué)設(shè)計(jì)——以初中物理“電壓”為例[J].中學(xué)物理，2023，41（04）：34-36.

[3]杜想平.基于學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理概念教學(xué)[J].學(xué)周刊，2023（06）：88-90.

[4]羅隆飛.基于學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理概念教學(xué)[J].中學(xué)理科園地，2022，18（06）：63-64.

[5]陳月英.基于科學(xué)思維談概念建構(gòu)的基本方法——以“力臂”概念教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（33）：46-48.