牛丹 中山市華僑中學，廣東 中山 528400

摘? ?要：在新一輪的課程改革中，新課程標準提出物理核心素養(yǎng)，其中，科學思維是學習物理的必備能力，是高考主要考查的能力，是物理學科核心價值的體現(xiàn)。而教材是課程理念、目標和要求最直接的體現(xiàn)，要落實培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，首先要選好教材、用好教材。對教材的研究表明，現(xiàn)行的人教版高中物理教材可以有效地培養(yǎng)學生的科學思維。

關(guān)鍵詞：高中;物理教材;科學思維

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）7-0016-3

1? ? 科學思維

1.1? ? 科學思維提出的背景

新一輪課程改革中，2017年新課程標準提出學科核心素養(yǎng)。物理學科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面。科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式;是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等方法在科學領(lǐng)域的具體運用;是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格?？茖W思維主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。

1.2? ? 科學思維的重要性

科學思維是學生形成物理思維方式的關(guān)鍵能力。培養(yǎng)學生的科學思維，有助于學生形成嚴謹、周密、富有邏輯的思維體系;有助于學生掌握學習物理學的正確方法;有助于提升學生學習物理的興趣和成績。培養(yǎng)學生的科學思維是物理學科育人價值的重要體現(xiàn)，教師通過課堂教學幫助學生形成科學的邏輯思維，進而提高學生學習物理乃至學習科學的能力，為學生終身學習和發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。物理學家勞厄曾說：“重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力?！?/p>

科學思維是高考主要考查的能力?！犊季V》中明確指出，高考物理考查的能力主要包括理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學處理物理問題的能力、實驗?zāi)芰?。其中，推理能力和分析綜合能力正是科學思維所涵蓋的能力。研究表明，從2012年至2018年全國新課標卷對科學思維能力的考查占比均超過了全卷50%的分值，主要考查點集中在模型建構(gòu)、科學推理、科學論證。相信未來幾年高考對能力考查的方向還會指向質(zhì)疑創(chuàng)新。

2? ? 教材對培養(yǎng)學生科學思維的重要性

“不積跬步，無以至千里;不積小流，無以成江?！保囵B(yǎng)學生的科學思維正是如此。只有真正夯實課堂教學，課堂上關(guān)注邏輯推理和科學論證相結(jié)合的演繹，強化問題導向引發(fā)學生思考，強化類比、歸納等科學研究方法的應(yīng)用，才能讓學生真正地學會探究問題的思路和方法。

教材是課程理念、目標和要求最直接的體現(xiàn)，是教師進行教學設(shè)計的參考依據(jù)，是指引學生學習方向的燈塔。教材包括了教師教學行為和學生學習活動中所利用的素材和手段。所以，要落實培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，利用好每一節(jié)課，首先要選好教材、用好教材。經(jīng)過對教材的研究，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的人教版高中物理教材（以下簡稱“人教版教材”）滲透了多種物理學方法，通過學習物理學方法可以有效地培養(yǎng)學生的科學思維能力。

3? ? 人教版高中物理教材培養(yǎng)學生科學思維的體現(xiàn)

推理法、實驗法、歸納法、分析法、類比法等，是物理學最基本、最核心的研究方法。人教版教材將物理學研究方法貫穿在整個高中的物理學習中，這有利于學生建立起物理學的思維方式和方法，從而提高學生的科學思維能力。

3.1? ? 通過推理法、實驗法培養(yǎng)學生的科學思維

必修1是學生進入高中使用的第一本物理教材，是進入高中物理學習的開端，是物理知識、物理學方法和物理思維打基礎(chǔ)的關(guān)鍵期。俗話說，“好的開端是成功的一半”，所以在講授必修1時對學生科學思維的培養(yǎng)就顯得尤為重要。例如，在講解自由落體運動的時候除了講清楚自由落體運動規(guī)律問題，還要講解伽利略對自由落體運動的研究歷程，這個歷程的講解好比是一節(jié)歷史課、一節(jié)哲學課和一節(jié)物理課的結(jié)合，對學生了解物理學史、體會科學家的研究歷程、形成物理學的學科體系、培養(yǎng)學生的邏輯思維有很重要的影響。

從科學史看，科學思維的發(fā)展正是從伽利略的研究開始的，他獨創(chuàng)了邏輯推理與實驗相結(jié)合的方法，所以人教版在必修1第二章中設(shè)置了《伽利略對自由落體運動的研究》一節(jié)。教材分四個小標題，分別是“綿延兩千年的錯誤”“邏輯的力量”“猜想與假說”“實驗驗證”。從亞里士多德的運動觀到伽利略的邏輯推理和猜想，再到伽利略通過實驗驗證，并且在實驗中使用變通的思維將重力“沖淡”，結(jié)合邏輯和實驗的力量總結(jié)出自由落體運動的規(guī)律。教材上這樣寫到：“這些方法的核心是把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學演算）和諧地結(jié)合起來，從而發(fā)展了人類的科學思維方式和科學研究方法?！?/p>

人教版教材中像這樣的課例有很多，例如必修1第四章第一節(jié)《牛頓第一定律》、選修3-1第三章第一節(jié)《磁現(xiàn)象和磁場》、選修3-2第四章第一節(jié)《劃時代的發(fā)現(xiàn)》、選修3-5第十八章第一節(jié)《電子的發(fā)現(xiàn)》，這些課例都是讓學生了解一個定律、規(guī)律、現(xiàn)象或粒子發(fā)現(xiàn)發(fā)展的歷程，讓學生體會科學家的邏輯推理過程，以及用實驗檢驗理論的方法。

3.2? ? 通過歸納法、分析法培養(yǎng)學生的科學思維

對于萬有引力定律的教學，絕不能是一個公式的介紹和應(yīng)用這么簡單。要讓學生了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程，學會科學研究問題的方式方法，所以人教版教材設(shè)置了三節(jié)課才得出萬有引力定律。

《太陽與行星間的引力》這一節(jié)先介紹伽利略、開普勒、笛卡兒、胡克、哈雷等科學家對天體運動的認識，讓學生明白科學研究的道路是艱辛的、曲折的，并且理解“牛頓是站在巨人肩膀上”的道理。教材中提到，“在這一節(jié)和下一節(jié)，我們將追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新‘發(fā)現(xiàn)萬有引力定律?！苯滩臎]有直截了當?shù)亟o出萬有引力定律的概念，而是帶領(lǐng)學生追尋歷史的足跡，領(lǐng)略物理學的發(fā)展歷程，參與科學推理，學會用辯證的思想得出物理規(guī)律。

依據(jù)教材的思路，可以提出如下問題讓學生思考：1.是什么原因使行星繞太陽運動？2.如何計算太陽對行星引力的大?。?3.如何計算行星對太陽引力的大?。?.如何確定太陽與行星之間的引力？如何確定引力的方向？5.地球?qū)Φ厍蛑車奈矬w有引力嗎？（分別討論地球?qū)υ虑虻囊偷厍驅(qū)Φ乇砦矬w的引力）6.太陽對地球的引力、地球?qū)υ虑虻囊εc地球?qū)Φ乇砦矬w的引力是同一種力嗎？（月-地檢驗）

每一個問題都留給學生充分的思考時間，并讓學生作答，教師對學生的回答及提出的新問題給予評價和幫助。例如，學生會提出“太陽對地球的引力與地球?qū)υ虑虻囊κ峭环N力，因為都是環(huán)繞星體圍繞中心天體做圓周運動，而地球表面的物體沒有繞地球做圓周運動，所以不是同一種力”這樣的問題。學生提出這個問題說明學生有認真思考過，并且能提出問題的根源。學生能提出這樣的問題說明我們的物理教學上了一個新的臺階，我們的課堂成為了師生合作交流的平臺。這些進步得益于人教版教材的設(shè)置，給我們老師提供了優(yōu)質(zhì)的教學素材，給我們的學生提供了質(zhì)疑、創(chuàng)新的機會。

六個問題構(gòu)建了完整的思維邏輯，如圖1。通過萬有引力定律得出的過程，學生學會了分析綜合、推理論證和歸納總結(jié)的科學方法，培養(yǎng)了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學思維，學會了辯證看待問題的思維方式。

選修3-5第十七章第二節(jié)《光的粒子性》一節(jié)，也是邏輯推理性很強的一節(jié)課，教師依據(jù)教材的思路，演示光電效應(yīng)實驗，揭示光電效應(yīng)現(xiàn)象，從而提出與光的波動理論相矛盾的地方，引發(fā)學生的思考，再用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，揭示光的粒子性。整堂課學生經(jīng)歷了觀察實驗—理論分析—檢驗修正—歸納總結(jié)的思維過程。

類似的課例還有選修3-2第四章第二節(jié)《探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件》、第三節(jié)《楞次定律》，都讓學生經(jīng)歷了觀察實驗—分析論證—歸納總結(jié)的過程來培養(yǎng)學生的科學思維。

3.3? ? 通過類比法培養(yǎng)學生的科學思維

人教版必修2第七章第五節(jié)《探究彈性勢能的表達式》的題目有一個標注：“學習這節(jié)時，要著重體會探究的過程和所用的方法，復習用到的知識，不要求掌握探究的結(jié)論，更不要求用彈性勢能的表達式解題”，所以本節(jié)內(nèi)容的目的很明確。

以彈簧被拉長情況為例，教材提出了待解決的四個問題，分別是：1.彈性勢能的表達式可能與哪幾個物理量有關(guān)？2.彈簧的彈性勢能與拉力做的功有什么關(guān)系？3.怎樣計算拉力做的功？4.怎樣計算這個求和式？四個問題的探究思路是假設(shè)猜想—理清關(guān)系—解決問題—處理困難，其邏輯結(jié)構(gòu)清晰，并在這個過程中讓學生學會探究問題的思路和方法。

整節(jié)課都貫穿著類比思想，將如何解決重力勢能的方法運用到如何解決彈性勢能;再用類比法比較重力做功和彈簧彈力做功的區(qū)別;又用類比思想將解決勻變速直線運動位移的思想運用到解決變力做功的問題。讓學生學會運用已有的物理思想去解決問題，并加深了對微元法的理解。

人教版教材用類比法培養(yǎng)學生科學思維的課程還有選修3-1第一章第四節(jié)《電勢能和電勢》，將靜電力做功的特點與重力做功的特點類比，引出電勢能的概念;選修3-1第三章第五節(jié)《運動電荷在磁場中受到的力》，用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用后，類比用左手定則判斷安培力方向的方法，來判定運動電子的受力方向。

4? ? 結(jié)? 語

在科學認識活動中，科學思維必須遵守三個基本原則：在邏輯上要求嚴密的邏輯性，達到歸納和演繹的統(tǒng)一;在方法上要求辯證地分析和綜合兩種思維方法;在體系上，實現(xiàn)邏輯與歷史的一致，達到理論與具體歷史實踐的統(tǒng)一。通過本文列舉的多個課例，從必修到選修，充分說明了人教版高中物理教材對培養(yǎng)學生的科學思維起到了非常積極的作用，至于能不能把教材的作用發(fā)揮出來還要看教師對核心素養(yǎng)的理解以及對核心素養(yǎng)的重視程度。面對新一輪的課程改革，希望人教版的這些優(yōu)質(zhì)課例可以啟發(fā)教師，從而構(gòu)思更多更好的教學設(shè)計來培養(yǎng)學生的科學思維。

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（欄目編輯? ? 趙保鋼）