蔣汶洋

摘? ?要：科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)重要的組成部分，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在教育教學(xué)的實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中。教師可以通過(guò)科學(xué)、合理、有效地設(shè)問(wèn)，為學(xué)生還原科學(xué)思維過(guò)程。文章以《電場(chǎng)強(qiáng)度》教學(xué)片段為例，介紹在教學(xué)過(guò)程中如何通過(guò)合理設(shè)問(wèn)，引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力、科學(xué)推理能力、科學(xué)論證能力以及質(zhì)疑創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;合理設(shè)問(wèn);核心素養(yǎng);教育實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2020）11-0066-4

1? ? 合理設(shè)問(wèn)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維中的作用

我國(guó)2017年頒布的普通高中課程方案及各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)將發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)作為此次修訂工作的重要理念，其包含的學(xué)科核心素養(yǎng)需要每一位教育教學(xué)工作者深入思考并認(rèn)真實(shí)踐。物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，這四個(gè)方面的內(nèi)容對(duì)于培養(yǎng)全面發(fā)展和具有終身學(xué)習(xí)能力的學(xué)生來(lái)說(shuō)都發(fā)揮著不可替代的作用。其中，科學(xué)思維是一種內(nèi)隱的思維模式，其思考對(duì)象是關(guān)于所有與科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的主題、內(nèi)容或問(wèn)題，思考者通過(guò)熟練地運(yùn)用其自身思維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和知識(shí)本體，以達(dá)到提高自身思維品質(zhì)的目的。作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在教育教學(xué)的實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中。

科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。因此，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)就應(yīng)當(dāng)落實(shí)在對(duì)學(xué)生的模型建構(gòu)能力、科學(xué)推理能力、科學(xué)論證能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高上。通過(guò)高中物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該具有模型建構(gòu)的意識(shí)和能力;能運(yùn)用科學(xué)思維方法，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論;具有使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè);具有批判性思維的意識(shí)，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問(wèn)題，追求科技創(chuàng)新。

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是一項(xiàng)科學(xué)教育當(dāng)中的教育實(shí)踐活動(dòng)，其本質(zhì)離不開(kāi)教師與學(xué)生在一定教學(xué)設(shè)計(jì)前提下的以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的交流與互動(dòng)。然而，許多中學(xué)生由于閱歷相對(duì)較淺，缺少解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，缺乏運(yùn)用科學(xué)思維解決問(wèn)題、掌握知識(shí)的動(dòng)機(jī)等，他們尚且不能自發(fā)調(diào)動(dòng)自己各方面的科學(xué)思維能力，更不必說(shuō)在已有素養(yǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高其科學(xué)思維。此時(shí)，作為課堂主導(dǎo)者的教師就應(yīng)該積極發(fā)揮自己的輔助角色，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合適的問(wèn)題情境，幫助學(xué)生明確當(dāng)前要解決的目標(biāo)和任務(wù)，并在學(xué)生感到困惑時(shí)及時(shí)給予點(diǎn)撥和鼓勵(lì)，做好學(xué)生的“助產(chǎn)士”，使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)思維提出問(wèn)題、解決問(wèn)題、積累經(jīng)驗(yàn)、掌握知識(shí)，同時(shí)使其科學(xué)思維能力循序漸進(jìn)地得到提高。

在高中物理課堂中，對(duì)于某些物理概念的學(xué)習(xí)，教師若采用單刀直入的方式直接提出，雖然可以在最短時(shí)間內(nèi)為學(xué)生呈現(xiàn)相關(guān)概念，提高了教學(xué)效率。但如此“填鴨式”的教學(xué)并不利于學(xué)生科學(xué)思維的養(yǎng)成，不能充分施展教學(xué)的有效性，與新課標(biāo)的教育理念不符。筆者認(rèn)為，設(shè)問(wèn)作為教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，可以起到創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、明確目標(biāo)和任務(wù)、啟發(fā)鼓勵(lì)思考等作用。因此，教師可以通過(guò)科學(xué)、合理、有效地設(shè)問(wèn)，為學(xué)生還原科學(xué)思維過(guò)程。本文以《電場(chǎng)強(qiáng)度》的教學(xué)片段為例，嘗試通過(guò)合理設(shè)問(wèn)的方法培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2? ? 《電場(chǎng)強(qiáng)度》教學(xué)案例

2.1? ? 通過(guò)合理設(shè)問(wèn)促進(jìn)學(xué)生模型建構(gòu)思維養(yǎng)成

片段1 “試探電荷”概念的提出

在《電場(chǎng)強(qiáng)度》一節(jié)中，有一個(gè)看似不起眼，但卻十分重要的概念——試探電荷。這一概念的教學(xué)可以這樣設(shè)計(jì)：

老師先用起電機(jī)為一個(gè)金屬球帶上電，拿起金屬球，說(shuō)：“通過(guò)起電機(jī)，金屬球帶上了電，它的周圍就形成了電場(chǎng)，金屬球上的電荷是電場(chǎng)的來(lái)源，所以我們將金屬球所帶電荷稱為場(chǎng)源電荷。電場(chǎng)看不見(jiàn)也摸不著，那如何來(lái)研究它呢？”

學(xué)生思考片刻。

師：“就好比前方有一片黑暗的森林，我們不知道里邊的情況，此時(shí)可以派一頭野豬進(jìn)去試探一下，如果它出來(lái)的時(shí)候口吐白沫，說(shuō)明森林對(duì)其身體起了某些不良作用。同樣，要研究看不見(jiàn)的電場(chǎng)，也得派一個(gè)東西進(jìn)去試探一下，派什么呢？”

生：“派電荷?！?/p>

師：“為什么派的是電荷呢？”

生：“因?yàn)殡妶?chǎng)對(duì)電荷有作用?！?/p>

師：“很好，那我們給這個(gè)電荷取個(gè)名字吧，就叫試探電荷?！?/p>

模型建構(gòu)作為一種認(rèn)識(shí)手段和思維方式，是學(xué)生根據(jù)研究問(wèn)題和情境，在對(duì)客觀事物抽象和概括的基礎(chǔ)上構(gòu)建易于研究的、能反映事物本質(zhì)特征和共同屬性的理想模型、理想過(guò)程、理想實(shí)驗(yàn)和物理概念的過(guò)程。建構(gòu)模型有助于幫助學(xué)生抓住事物的關(guān)鍵要素，加深對(duì)概念、過(guò)程和系統(tǒng)的理解，形成系統(tǒng)思維。本教學(xué)片段中，教師在帶電金屬小球試探電場(chǎng)情況的基礎(chǔ)上，巧妙地構(gòu)建出一個(gè)野豬被派進(jìn)黑暗森林試探情況的故事模型，引發(fā)學(xué)生思考，幫助學(xué)生提出和理解“試探電荷”這一概念。

2.2? ? 通過(guò)合理設(shè)問(wèn)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理思維養(yǎng)成

科學(xué)教育研究和實(shí)踐中所提出的科學(xué)推理，不僅包括邏輯上的歸納推理、演繹推理和類比推理，而且包括分析與綜合、抽象與概括、比較與分類等思維方式，還包括控制變量、組合推理、概率推理、相關(guān)推理、因果推理等推理形式。

片段2 定性推理——對(duì)“試探電荷”的要求

緊接著，老師拿起金屬球，邊比劃邊說(shuō)：“為了能夠確切地研究電場(chǎng)中某個(gè)點(diǎn)的情況，對(duì)試探電荷有沒(méi)有什么要求？”（重讀“某個(gè)點(diǎn)”）

生：“試探電荷體積不能太大了?！?/p>

師：“對(duì)，太大了就無(wú)法準(zhǔn)確到某個(gè)點(diǎn)的研究。還有嗎？”

學(xué)生思考。

師：“通過(guò)學(xué)習(xí)前面的知識(shí)，我們知道電荷之間存在相互作用，要研究場(chǎng)源電荷形成的電場(chǎng)，試探電荷就不能影響場(chǎng)源電荷的分布，所以，還應(yīng)該對(duì)試探電荷有何要求？”

生：“試探電荷的電量不能太大了?！?/p>

在該教學(xué)片段中，教師通過(guò)合理、有效的問(wèn)題，結(jié)合對(duì)先前學(xué)科知識(shí)的回顧，以及適當(dāng)?shù)恼n堂提示，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)已有經(jīng)驗(yàn)抽象、概括出對(duì)于“試探電荷”的要求。在師生啟發(fā)式的一問(wèn)一答過(guò)程中，學(xué)生嘗試著進(jìn)行定性的科學(xué)推理，獲取研究問(wèn)題的基本思路和方法。

片段3 定量推理——用比值法定義電場(chǎng)強(qiáng)度

人教版教材上對(duì)于為什么用比值法定義電場(chǎng)強(qiáng)度有一定的描述，教師應(yīng)該充分利用教材，結(jié)合學(xué)生情況，設(shè)計(jì)具體教學(xué)過(guò)程：

在學(xué)生學(xué)案上有一張簡(jiǎn)單的表格，讓學(xué)生完成（見(jiàn)表1）。

在O位置放置一正的點(diǎn)電荷Q=+2×10-8 C，在其產(chǎn)生的電場(chǎng)中的A位置和B位置分別放入不同電量的試探電荷q，OA=0.3 m，OB=0.6 m，計(jì)算試探電荷所受靜電力的大?。▎挝唬篘），填入表1。（k=9.0×109 N·m2/C2）

等學(xué)生完成表格后，展示學(xué)生的數(shù)據(jù)。

問(wèn)：“有的同學(xué)在完成這個(gè)表格時(shí)，速度特別快，有什么快速計(jì)算的方法嗎？”

生：“當(dāng)試探電荷電量成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，由庫(kù)侖定律可知它所受的力也成倍數(shù)關(guān)系。”

師：“很好，那請(qǐng)大家對(duì)比表格中的數(shù)據(jù)，采用控制變量的方法分析數(shù)據(jù)，能得出哪些結(jié)論？”

生：“當(dāng)把同一個(gè)電荷放在不同位置時(shí)，試探電荷所受到的力是不同的。”

師：“那說(shuō)明什么？”

生：“說(shuō)明在電場(chǎng)中不同位置的電場(chǎng)強(qiáng)弱不同?！?/p>

師：“如果在同一個(gè)位置放入不同的試探電荷，又能得到什么結(jié)論呢？”

生：“說(shuō)明試探電荷電量不同，在同一位置所受的力不同，并且力的大小與試探電荷的電量成正比?！?/p>

上述教學(xué)過(guò)程中，教師沒(méi)有直接指出用比值法定義電場(chǎng)強(qiáng)度，而是先通過(guò)一個(gè)表格為學(xué)生提供問(wèn)題情境。在學(xué)生計(jì)算的過(guò)程中，對(duì)于數(shù)據(jù)有更深刻的體會(huì)之后，讓學(xué)生從數(shù)據(jù)入手，定量地對(duì)表格進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的科學(xué)推理，通過(guò)問(wèn)題讓學(xué)生找出規(guī)律，形成結(jié)論。再用結(jié)論去重新分析、評(píng)估表格中的數(shù)據(jù)，對(duì)之前的問(wèn)題進(jìn)行解釋。在該過(guò)程中，運(yùn)用了非常重要的科學(xué)推理方法——控制變量法，讓學(xué)生理解用比值法定義物理量的意義，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2.3? ? 通過(guò)合理設(shè)問(wèn)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)論證思維養(yǎng)成

片段4 討論比值法來(lái)定義電場(chǎng)強(qiáng)度的科學(xué)性

師：“那可不可以用試探電荷所受到的力來(lái)表示某點(diǎn)的電場(chǎng)的強(qiáng)弱呢？”

學(xué)生思考。

師：“我們研究的對(duì)象是場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，那么該電場(chǎng)的分布、強(qiáng)弱應(yīng)該是由場(chǎng)源電荷自身決定的，會(huì)不會(huì)隨著引入的試探電荷的變化而變化呢？”

生：“不會(huì)，所以不應(yīng)該用力來(lái)表示電場(chǎng)強(qiáng)弱。”

師：“那在計(jì)算的過(guò)程中，同學(xué)們認(rèn)為可以用什么量來(lái)表示某點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)度呢？”

生：“用力與試探電荷電量的比值，因?yàn)楸戎凳遣蛔兊??！?/p>

師：“很好，在某一個(gè)確定的點(diǎn)，力與電量的比值是不變的，所以我們可以用它來(lái)定義某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。那A點(diǎn)和B點(diǎn)比值是不一樣的，說(shuō)明什么？”

生：“說(shuō)明A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度是不一樣的?！?/p>

師：“所以將相同的試探電荷放入不同的點(diǎn)所受到的力是不相同的，與前面的結(jié)論相符，也說(shuō)明了用比值法來(lái)定義電場(chǎng)強(qiáng)度的科學(xué)性?！?/p>

科學(xué)論證是以科學(xué)知識(shí)為中介，積極面對(duì)問(wèn)題，對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行解釋說(shuō)明，提出自己的論點(diǎn)，反思自己和別人論點(diǎn)的不足并提出反論點(diǎn)，同時(shí)能反駁他人的質(zhì)疑和批判的高階思維能力。在這一教學(xué)片段中，由于學(xué)生的個(gè)人知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)不足，所以由教師幫助學(xué)生提出問(wèn)題、指明論點(diǎn)——“用試探電荷所受到的力來(lái)表示某點(diǎn)的電場(chǎng)的強(qiáng)弱”。在學(xué)生聯(lián)系先前知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷論點(diǎn)、回答問(wèn)題的過(guò)程之中，實(shí)際上就已經(jīng)在教師指導(dǎo)下進(jìn)行科學(xué)論證的初步操練了。

2.4? ? 通過(guò)合理設(shè)問(wèn)促進(jìn)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維養(yǎng)成

片段5 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性

在《電場(chǎng)強(qiáng)度》這一課中，關(guān)于場(chǎng)強(qiáng)的矢量性，一直以來(lái)都是由教師直接告訴學(xué)生電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，滿足平行四邊形定則。其實(shí)，教師可以在課堂上通過(guò)設(shè)問(wèn)的方法，引導(dǎo)學(xué)生大膽質(zhì)疑，創(chuàng)新思考。

師：“電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量還是標(biāo)量呢？”

生：“是矢量，因?yàn)樵囂诫姾稍诓煌恢檬芰Ψ较虿煌?。?/p>

師：“矢量還應(yīng)該遵循平行四邊形定則，電場(chǎng)強(qiáng)度是否是矢量，還需要用科學(xué)方法進(jìn)行驗(yàn)證，應(yīng)該怎么去驗(yàn)證呢？”

學(xué)生思考。

師：“現(xiàn)代技術(shù)有一些方法可以測(cè)出某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小，比如傳感器可以測(cè)出磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小。如果有一個(gè)傳感器可以測(cè)出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，那么我們可以怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證它的矢量性呢？留給同學(xué)們思考?！?/p>

質(zhì)疑創(chuàng)新的核心是科學(xué)創(chuàng)造力。科學(xué)創(chuàng)造力是在科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)、科學(xué)問(wèn)題解決和科學(xué)活動(dòng)創(chuàng)造中，根據(jù)一定的目的，運(yùn)用一切已知信息，在新穎、獨(dú)特且有價(jià)值地（或恰當(dāng)?shù)兀┊a(chǎn)生某種產(chǎn)品的過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的智能品質(zhì)或能力。上述教學(xué)片段中，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注到電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性，但并不直接告訴學(xué)生如何檢驗(yàn)電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性，而是通過(guò)介紹傳感器這一工具，幫助學(xué)生思考。設(shè)計(jì)這一過(guò)程可以讓學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)引發(fā)思考，質(zhì)疑創(chuàng)新。

3? ? 小? ?結(jié)

在教學(xué)過(guò)程中，將知識(shí)直接灌輸給學(xué)生，雖然節(jié)省時(shí)間和精力，但這樣的教學(xué)過(guò)程對(duì)于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)是不利的。學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練和培養(yǎng)不僅僅在某一章節(jié)的學(xué)習(xí)中，而更在于長(zhǎng)期的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，建立學(xué)習(xí)內(nèi)容前后的關(guān)聯(lián)意識(shí)和在物理概念、規(guī)律學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)教材中隱性知識(shí)和思維的挖掘，然后將其形成一系列問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生探索事物的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的意識(shí)和能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018.

[2]程榮貴. 挖掘教材內(nèi)涵 關(guān)注科學(xué)思維——以蘇科版“電路連接的基本方式”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（11）：24-27.

[3]鄧?yán)冢?包雷. 基于科學(xué)思維能力評(píng)價(jià)的美國(guó)理科主流試題類型比較及啟示[J]. 物理教師， 2018， 39（10）：7-13.

[4]胡衛(wèi)平. 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與表現(xiàn)[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考， 2017，46（8）：1-3.

[5]鄧陽(yáng). 科學(xué)論證及其能力評(píng)價(jià)研究[D].武漢：華中師范大學(xué)博士學(xué)位論文，2015.

（欄目編輯? ? 張正嚴(yán)）