黃基森

摘 ? 要：科學思維模式主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素。就科學思維特點而言，它又可以劃分為抽象思維、聯(lián)動思維、化歸思維、數(shù)理思維等。物理教學中學生科學思維培養(yǎng)的途徑為：突出概念本質，促進學生的抽象思維;引導延伸追問，促進學生的聯(lián)動思維;通過問題演變，促進學生的化歸思維;借助數(shù)學模型，促進學生的數(shù)理思維。

關鍵詞：科學思維;抽象思維;聯(lián)動思維;化歸思維;數(shù)理思維

科學思維，指人們正確認識客觀事物和解決實際問題的思辨方式或思維模式。如分析、比較、歸納、綜合、抽象、概括、質疑、推理、論證等，均是科學思維的不同思辨方式或思維模式[ 1 ]。 從物理學的研究角度來說，科學思維模式主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素。就科學思維特點而言，它又可以劃分為抽象思維、聯(lián)動思維、化歸思維、數(shù)理思維等[ 2 ] 。 筆者就初中物理教學對這四種科學思維素養(yǎng)的培養(yǎng)，談談個人的認識。

1 ?突出概念本質 ?促進學生的抽象思維

物理概念是物理現(xiàn)象或物理過程在本質或特征方面的概括性反映，其中抽象性的科學思維是建立概念的重要方式。所謂抽象思維，指運用分析與綜合、抽象與概括的方法來揭示事物本質屬性或特征的思維過程[ 1 ]。如“力是物體對物體的作用”概念，它就是在對諸多力現(xiàn)象進行分析和比較基礎上進行抽象概括而獲得的認識。其中“每個物體既是受力物體又是施力物體”的性質就是力現(xiàn)象的共同特征，至于“兩物體是否接觸”的作用位置、“推、拉、壓、擠”的作用方式、“形變或運動狀態(tài)改變”的作用效果，這些均不是力現(xiàn)象的本質性內涵。依據(jù)力的作用位置、作用方式與作用效果特點，由力作用的內涵又可以構建“力的三要素圖示模型”。這就是力概念建立的抽象思維過程?？梢?，抽象思維是概念模型建構的基礎。

概念的建立，為描述物理規(guī)律提供了可能，同時也奠定了物理學理論的基礎。這足以體現(xiàn)抽象思維的價值。

在概念建構中要促進學生的抽象思維，關鍵在于突出概念的本質，從而奠定抽象與概括的思維基礎。如“壓強”概念的構建，教學中可以設置以下教學活動：

（1）演示“壓力的作用效果”實驗，使學生知道“壓力”與“受力面積”是決定“壓力作用效果”的兩個要素;

（2）提出問題讓學生思考：

①在水平桌面上，一塊磚平放和兩塊磚疊置平放，哪種壓力的作用效果大？

②在水平桌面上，同一塊磚平放和側放，哪種壓力的作用效果大？

由上面兩個問題來啟發(fā)學生“同中辨異”的比較思維，因為比較是抽象的基礎。

（3）啟迪學生的抽象思維：

提出問題1：在水平桌面上，放置一盒粉筆和一杯水，哪種壓力的作用效果大？對此問題，壓力和受力面積均不同，難于比較，學生會感到困惑。

提出問題2：能否轉化為“同中辨異”的問題？這個“同”是什么呢？速度概念是怎么建立的？

在問題2中，學生自然會聯(lián)想速度概念的構建過程，借助類比，一般學生就能想到用“壓力/受力面積”來描述壓力效果，所謂“同”，這里指“單位面積所受的壓力大小”。這就是“壓強”概念教學中促進學生抽象思維的過程。

2 ?引導延伸追問 ?促進學生的聯(lián)動思維

聯(lián)動思維，指由此及彼的連貫性思維。其形式可以是刨根問底的遞進思維，也可以是不同方向的發(fā)散思維，還可以是“由因索果”到“由果究因”的逆向思維，其中的流暢性、靈活性與變通性是其主要特征[ 1 ]。聯(lián)動思維是一種創(chuàng)造思維，它是促使物理科學發(fā)展的重要思維品質。牛頓由伽利略“運動物體不受力作用會永遠運動下去”的觀點提出了牛頓第一定律，在此基礎上又進而提出牛頓第二定律，這就是思維遞進的結果。奧斯特發(fā)現(xiàn)“電能生磁”，法拉第則猜想“磁也能生電”并歸納出“電磁感應定律”，這就是“由果究因”的逆向思維。

初中物理僅是介紹簡單的物理現(xiàn)象與知識，而且多數(shù)屬于定性描述，更復雜更深奧的東西以及定量描述都屬于高中或大學內容，因此在延伸拓展教學方面，初中物理有著廣闊的空間，延伸提問的目的就是誘發(fā)學生的聯(lián)動思維。

引導延伸提問，就是要求學生在教材知識內容的基礎上適當深入或擴展性地提出一些新問題，簡單地說，就是學會聯(lián)動質疑。就質疑思維而言，它可以分為以下三種方式：①由現(xiàn)象究原理。如對于“冷水澆鐵皮罐”實驗，在認知“氣體的壓強隨溫度降低而減小”的基礎上，如果學生能提出“為什么溫度越高氣體的壓強越大？”“氣體壓強變化與溫度變化具有怎樣的數(shù)量關系？”等問題，那么這何嘗不是科學探究的起步？②由原理究方法。如針對“在岸邊看水中的‘魚變淺了” 的折射問題，學生如果能提出“從水中看岸上的人是變高了還是變矮了？”，那么這就是一種逆向的聯(lián)動思維，如果學生進而能提出“用什么方法來驗證像的大小”問題，這何嘗不是科學方法層面的思維。③由方法促創(chuàng)造。如對于“伏安法測電阻”，不論安培表外接還是內接，都會產生測量誤差。對于這個問題，多數(shù)學生都能分析出哪一種接法測量值是偏大還是偏小的結論，在此基礎上，如果學生能進一步提出“哪一種接法誤差較小”“誤差大小與哪些因素有關”“怎樣的測量電路方可消除誤差”等問題，那么這就是逐步推進的創(chuàng)造思維。

對于上述問題，雖然初中學生難于做到獨立性解決，但就培養(yǎng)學生的科學思維而言，卻有著積極的意義。

3 ?通過問題演變 ?促進學生的化歸思維

“以舊探新”的認知方法是人們獲取新知識或形成新技能的基本方法。所謂化歸思維，指把問題由難化易，由繁化簡，由復雜化簡單、由未知到已知而認識和解決問題的思維方式，其中“難化易”或“繁化簡”的“轉化”是其思維靈魂[ 1 ]?！耙耘f探新”的認知方法，實質就是化歸思維的具體運用。如“聲音的傳播”，學生難于理解其傳播原理，如果教學中引導學生借助己熟悉的運動問題模型來認識“物體振動（發(fā)聲）→空氣振動→耳膜振動（聲覺）”，那么學生對“聲音的傳播”就能形成直觀形象化的理解，進而也會運用“速度公式”來定量分析聲音的傳播問題。這就是認識或解決新問題中的化歸思維。

在物理學中，化歸思維主要體現(xiàn)在“問題模型化歸”和“思想方法化歸”兩方面。如上面把“聲音的傳播”轉化為“勻速運動模型”就屬于問題模型的化歸，而用“累計法”測定紙張厚度就是“放大思想”的化歸，其中化歸的具體過程與方法就是對問題進行演變而類化。

課題知識難點的教學突破是啟迪學生化歸思維的良好契機。如對于“凸透鏡會聚平行光”的性質，學生難于理解，為突破這個難點，教學中就可以引導學生把這個復雜的問題分解為下面四個已知的問題：①平行三棱鏡底邊的光通過三棱鏡后會向底邊偏折;②凸透鏡可以粗略看成是底邊重合的兩個三棱鏡的組合;③由于對稱特點，關于底邊對稱的平行光經(jīng)三棱鏡折射后必定在底邊的延長線上相交;④實際的凸透鏡可以分解為無數(shù)個頂角不同的三棱鏡截出底邊部分的組合，越靠近邊緣，三棱鏡的頂角越大，光線偏折越大。明確了上面四個問題，學生不僅能較好地理解“凸透鏡會聚平行光”的性質，而且對培養(yǎng)學生的化歸思維，也有著很好的啟迪作用。

解題思維的形成教學是訓練學生化歸思維的良好途徑。如“鉛筆斜插入裝有水的玻璃杯中，從側面觀察，就是“水中鉛筆為什么變粗”的問題，如果教師啟發(fā)學生把玻璃杯和水看做是凸透鏡，那么這種化歸思維則會使得學生豁然開朗，這就是化歸思維的魅力。

4 ?借助數(shù)學模型 ?促進學生的數(shù)理思維

數(shù)學作為一種語言或工具，對物理學的建立與發(fā)展有著重要價值和作用。首先是數(shù)學對物理概念與規(guī)律的定量描述提供了簡潔的語言，使得物理理論體系得以建立;其次是數(shù)學為物理科學的抽象思維與邏輯推理提供了便捷的工具，使得理論與實際應用對接[ 2 ]。作為數(shù)學應用于物理學科的數(shù)理思維，即用數(shù)學思想和方法來描述物理世界思維方式，它是物理科學思維的重要思維品質，而教學中借助對數(shù)學模型的構建和認識是促進學生數(shù)理思維的主要途徑。

首先要重視概念與規(guī)律的數(shù)學模型構建教學。物理概念與規(guī)律是構成物理學理論的基本元素，其數(shù)學模型的建立過程，正是人們對物理世界的研究和認識過程，重視這個過程的教學，既是教學的返璞歸真，更是促使學生形成數(shù)理思維的有效過程。引導學生構建概念與規(guī)律的數(shù)學模型，關鍵是引導學生學會用數(shù)學語言來描述物理現(xiàn)象或過程的本質或特征。如“密度”概念，在實驗中學生會發(fā)現(xiàn)：對同一種物質，雖然質量和體積均不相等，但兩者的比值都相等;對于不同的物質，其比值都有特定的值。如何用數(shù)學形式來描述物質的這種特征呢？教學中要讓學生去思考或討論，讓學生自己嘗試建立ρ=■的數(shù)學模型，切忌教師包辦代替。只有通過學生個體的“悟”，數(shù)理思維才能得以發(fā)展。

其次是重視數(shù)學模型中物理意義的認知教學。數(shù)理思維，既要從數(shù)學的角度來理解物理事件實質，又要從物理的角度來認識數(shù)學模型的內涵。如液體壓強公式P=ρhg，從數(shù)學的角度可理解為：公式是依據(jù)固體的壓強概念而得到的，其適用情形為靜止的液體。物理意義為：在同一地點和針對同一種液體，其內部壓強大小與深度成正比，方向為各個方向，這種特點是由液體流動性特點所決定。從物理的角度又可理解為：公式是表示液體內部壓強隨深度的變化關系，如果用P—h圖象來描述，它是通過原點的一條直線，其斜率表示物質密度ρ與重力加速度g的乘積，對不同的液體其圖象斜率不同，對同一種液體，所處的地理位置不同，這個斜率值也不同。顯然，引導學生從數(shù)學和物理這兩個角度來認識物理問題的數(shù)學模型，既有利于促進學生的數(shù)理思維，又可以促使學生更好地運用數(shù)學知識來分析與解決實際的物理問題。

科學思維素養(yǎng)是物理學科的核心素養(yǎng)。從育人目標層面而言，培養(yǎng)學生的科學思維素養(yǎng)，就是教會學生如何思考問題，即如何分析問題和解決問題?？茖W思維素養(yǎng)，既是學生當前學好各種課程的基本素養(yǎng)，又是學生未來從事社會實踐工作的必備素養(yǎng)，更是學生能獲得終生發(fā)展的重要素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]周建武.科學推理-邏輯與科學思維方法[M].北京：化學工業(yè)出版社，2017：5～15.

[2]郭玉英，姚建欣，張玉峰，等.基于學生核心素養(yǎng)的物理學科能力研究[M].北京：北京師范大學出版社，2017：12～15.