指向物理核心素养的科学思维教学四要

指向物理核心素养的科学思维教学四要

刘成刚

摘要：科学思维是高中物理学科核心素养的关键要素之一。教师在教学过程中要注重通过联系生活，创设真实的生活情境，激发学生的思维兴趣，诱发学生的认知冲突，在解决问题过程中让学生学会基于证据进行科学分析与推理论证，学会通过质疑去求真，构建物理模型，提升思维能力。关键词：高中物理；核心素养；科学思维；培养策略科学思维是高中物理学科核心素养的一个主要方面，它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；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品格。主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。它的培养可从以下几方面入手。模型建构要求学生具有建构理想模型的意识和能力，能够根据研究的问题和情境，在一定条件下对客观事物进行抽象和概括，构建易于研究的、能够从主要方面反映事物本质特征和共同属性的理想模型和概念。其实质就是将隐藏在复杂物理情境中的研究对象或过程进行简化、抽象、类比、概括，从而揭示客观事物的本质与规律。

真实的情景问题，是自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的物理问题，具有生态性和开放性的特点。真实的情景性问题，呈现形式是对物理情景的描述，没有已知量、未知量，需要学生自己去加工、梳理，转化为理想模型。在这个过程中既要用到理想化方法、等效方法、近似方法等具体学科方法，又要用到分析、综合、类比、概括、抽象等科学思维方法，有利于培养学生建构物理模型的能力。

例如，人们低头看手机，会引起脖子酸痛，估算颈椎受力大小约为头重的几倍？学生对此真实情景的物理建模，存在的障碍主要是缺乏此情景的生理知识，如颈椎的生理结构，颈椎、颈部肌肉位置以及它们之间的角度等。但只要经过科学的简化和抽象，如忽略头和颈的大小和形状，将头看成质点，以头部为研究对象，颈椎看作可绕其下端点的轻杆，提供给头部斜向上的支持力，肌肉看作轻绳，提供给头部沿左下方的拉力，根据共点力的平衡和边长比例，即可估算出颈椎受力约为

一、要以“真实”的物理情境进行模型建构

头重的3倍。

学生在真实情景的体验下分析，教师顺势提出有关抽象物理模型的科学思维方法，学生就能真切感受到物理模型的本质特征，为建立其他物理模型打下基础。

科学推理是根据一个科学判断或一些科学判断得出另一个判断的思维形式，包括归纳推理、演绎推理和类比推理。下面以归纳推理为例说明科学推理的过程。

归纳推理是从个别（特殊）事物到普遍（一般）事物的逻辑推理方法。物理教学中应引导学生从大量的事物中发现这些事物的共同特点，寻求其本质特征。

例如，对“牛顿第三定律”建立的归纳推理教学过程，不仅仅是通过弹簧秤对拉的实验，而是要通过对不同性质、不同物态、不同运动状态的相互作用力的大量静态和动态（传感器显示）实验数据的综合分析而得出。如可补充能测量浮力的反作用力实验，使学生体会液体与固体的相互作用力。在烧杯中放入适量的水后，将其放在托盘秤上，静止时读数G1，另用弹簧秤吊起一铁块，静止时读数G2。然后把用弹簧秤吊起的铁块浸入到烧杯的水中，稳定后，弹簧秤的读数减少为G′2，而托盘秤的读数增大为G′1，则G2-G′2表示铁块受到水的浮力，G′1-G1表示的是烧杯和水对托盘增加的压力。显然，增加的压力来源于铁块对水向下的力，即浮力的反作用力，两者的差值相等，进一步验证了牛顿第三定律的可靠性。

物理学中大多数概念的形成、规律的建立都运用了实验归纳法，即根据观察到的实验现象、前人的实验结果等进行定性分析，作出初步猜想，运用控制变量法，通过实验探究或理论探究得出结论。

三、要强化证据意识，提升科学推理能力二、要注重科学推理的过程教学

科学论证要求学生具有使用科学证据的意识以及评估科学

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实践探索

证据的能力，运用证据对研究问题进行描述、解释和预测的能力，以及建立证据与解释（预测）之间关系的能力。其中的证据主要包括实验和理论两个方面。

在教学中，当学生作出猜想、假设时，教师一定要让学生陈述支持的证据，促使学生运用以前的知识经验对猜想、假设作出解释，以体现猜想、假设的真正价值。教师可以追问：有哪些证据可以支持你的这个观点或结论？可以做什么样的实验来验证你的观点？可以用什么样的理论来解释你的结论？如果观点是对的，会有什么现象发生？如果你的结论是对的，会有什么推论产生？从而形成运用物理知识及其思想和方法来认识身边事物和处理问题的自觉意识，避免仅凭经验，又不自觉地回到错误前概念中去的心理惯性。如学生在学习过牛顿第三定律后，仍会认为“马拉车前行时，马拉车的力大于车拉马的力”，这种经验前概念式的思考就是没有养成以“实验事实”和“理论根据”为证据推理论证的习惯。如果让学生陈述支持的理论证据，学生可能就会依据物理知识、科学方法，如牛顿第三定律、受力分析、牛顿第二定理，通过推理论证，体悟到自己的错误。许多物理现象的本质特征往往较为隐蔽，而非本质特征又常常以较强的刺激形式严重干扰和欺骗学生的感知。只有以事实和科学知识（科学概念和科学规律）为证据进行科学推理和科学探究，才能透过现象正确解释不同现象的本质并预言其发展规律。

质疑不是一般地提出问题，而是首先对研究的内容经过独立深入充分分析后提出的质询性的问题，质疑的本质是为求真而进行的理性批判与科学求证，质疑的最终效果是对知识的运用或新知识的建立，以及加深学生对物理概念规律的理解，除此而外，还是对创新意识和实践能力的培养。

前概念是构建物理概念的思维障碍之一。如果缺乏对前概念的反思与质疑，就不能完全排除其干扰，导致学生对新概念兴趣是最好的老师。学生只有对某事物有了浓厚的兴趣，才会自发主动地去探索、去解决。在课堂练习中，合理借助信息技术，可让练习更具趣味性与探究性，引领学生主动去完成。需注意的是，利用信息技术设计课堂练习，不能过分强调信息技术的作用，否则有可能会适得其反。如一位教师在教学“加法的初步认识”一节课时，利用多媒体课件设计了这样一个问题情境：“电线杆上有5只小鸟叽叽喳喳，好像在讲话。

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的理解产生偏差或困难。如学生学习“加速度”时，总会用先前学习的“速度”，即“运动的快慢”去理解“加速度”。排除这种干扰的路径是对前认知“速度”进行反思，反思概念的内涵和外延，分析“速度”和“加速度”的异同，理解两者的共同属性是“描述事物变化的快慢”，但加速度不能描述“运动的快慢”，而是描述“速度变化的快慢”。教师可提出如下质询性问题让学生辨析：物体速度很大，加速度一定很大吗？加速度增大，速度一定增加吗？物体速度为零，加速度一定为零吗？……让学生在质疑和辨析中进行批判性思维，加深对加速度概念的理解。

也可设计有关是非评判性内容，发展学生的批判性思维品质。如在教学中可以故意预设一些不完整或不严密，甚至是不科学的素材，制造疑惑，引发学生的认知冲突，通过师生的交流与辨析，把学生的思维引向深入。

总之，科学思维是物理学科核心素养的关键要素之一，在教学过程中要通过联系生活，创设真实的生活情境，激发学生的思维兴趣，诱发学生的认知冲突，在解决问题过程中让学生学会基于证据进行科学分析与推理论证，学会通过质疑去求真，构建物理模型，提升思维能力。

（本文系教育部“西部教学改革支持活动”青海省重点项目“高中物理科学思维能力培养的教学方式的研究”（课题编）及教育部“双名工程”华东师范大学“名号：QXM17ZD40

师领航班”专项课题（课题编号：2018GP01-M07）研究成果）

四、要反思与质疑，提高学生思维的批判性

参考文献：[1]󰀁[2]󰀁

胡卫平.科学思维培育学[M].北京：科学技术出版社，2004.王运淼，续佩君.在物理教学中加强质疑教学[J].物理教师，2015，36（2）：17.

［责任编辑

陈景东］

作者简介：刘成刚，海东市第二中学。

］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］］（上接第78页）

此时，又飞来了3只小鸟，落在同一个电线杠上。问现在有几只小鸟？”同时配有背景音乐。学生在独自思考过程中，小鸟叽叽喳喳的音乐一直未停。这样的设计过分强调信息技术的“动”，忽视了课堂练习中的“静”，很容易转移学生的注意力，影响练习效果。

作者简介：林梅，福建省福清市百合小学。

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陈景东］