焦?jié)櫽? 葉成林

摘 要：物理深度學習強調(diào)對學生科學思維能力的培養(yǎng)，科學思維能力包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑和創(chuàng)新等要素.本文從四個方面闡述教師在教學過程中應如何培養(yǎng)學生的科學思維，促進學生的深度學習.

關鍵詞：科學思維;深度學習;模型建構(gòu)

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0044-03

基金項目：江蘇省中小學教學研究第十三期重點資助課題“初中物理科學探究中培養(yǎng)學生批判性思維的策略研究”（項目編號：2019JK13-ZA16）;儀征市立項課題“基于初中物理實驗教學的‘深度學習策略研究”（項目編號：2020/G/L017）.

作者簡介：焦?jié)櫽拢?974-），男，江蘇儀征人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理課堂教學;

葉成林（1969-），男，江蘇儀征人，本科，中學高級教師，研究方向： 中學物理課堂教學與實踐研究.

物理核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度和責任等四個部分.科學思維包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.物理深度學習有利于訓練學生科學思維能力，即幫助學生在掌握學科知識的基礎上，進一步從物理角度認識和了解自然，引導學生再現(xiàn)物理探究的過程，合理使用科學探究方法，養(yǎng)成用物理科學思維解決物理問題以及生活中實際問題的良好習慣，提高學生創(chuàng)新能力以及實踐能力.那么，如何培養(yǎng)學生的物理科學思維？筆者從以下幾個方面做出嘗試.

1 在模型建構(gòu)過程中培養(yǎng)學生的科學思維

模型是對實際問題的抽象描述，構(gòu)建物理模型是研究物理問題的科學思維方法.在物理教學中，教師創(chuàng)設真實情境，引導學生在真實情境中提出問題、解決并產(chǎn)生新問題，將情境與抽象概念進行模型建構(gòu)，不僅有利于學生對所學知識深度感悟，又能培養(yǎng)學生模型建構(gòu)思維.通過物理模型建構(gòu)，使得許多抽象的物理知識具體化、直觀化、形象化，驅(qū)動學生深度思考，引導學生自主建構(gòu)、發(fā)展學生物理學科素養(yǎng)并促進學生深度學習.

比如，在學習定滑輪的使用后，學生很容易建構(gòu)定滑輪是等臂杠桿的模型，但這一建構(gòu)卻對動滑輪的模型建構(gòu)形成負遷移，學生不假思索地認為動滑輪的支點也是軸心.為了防止學生出現(xiàn)這一錯誤假想，教師可以不急于拋出動滑輪的模型建構(gòu)，而是引導學生一起回憶杠桿的概念，并強調(diào)支點是杠桿旋轉(zhuǎn)的點，而不是杠桿移動的點.然后，教師引導學生動手嘗試，通過提醒學生觀察動滑輪在提升物體時滑輪的軸心是否移動，大部分學生不難發(fā)現(xiàn)，軸心和物體連在一起，物體移動軸心一定會移動，不符合杠桿支點的定義.那支點會在哪里？這時，教師可以讓學生完成杠桿五要素（如圖1所示），再類比動滑輪，學生很容易發(fā)現(xiàn)支點在最左側(cè)的接觸點處，也順理成章過渡到圖2、圖3，學生對動滑輪的實質(zhì)理解更加深刻.

科學思維過程化，是指通過學習問題過程化，在短期內(nèi)加深學生對物理模型的理解，進一步熟悉每個物理知識點的特點.在熟練掌握物理模型的基本特征后，加深學生物理學科的深度學習能力，進一步促進學生物理科學思維的發(fā)展.

2 在科學推理過程中培養(yǎng)學生的科學思維

科學推理是學生根據(jù)現(xiàn)有知識和所給條件與事實，進行邏輯思維推導，做出自己的判斷，形成正確結(jié)論.學生學習的過程不僅僅是簡單的信息積累，更是新舊知識和經(jīng)驗之間的認知沖突，并由此產(chǎn)生認知結(jié)果的推理和重組.在物理教學中，教師根據(jù)實驗引導學生創(chuàng)設情境，運用已有知識和方法進行互動，進一步進行邏輯推理，從而得出正確結(jié)論.

物理是以實驗為主的科學，探究活動是獲取知識的手段，其中探究方案的設計本身要求較高的嚴謹性和邏輯性，方案的設計過程其實就是一次嚴謹?shù)淖晕曳此己妥晕遗u的過程，有經(jīng)驗的教師會在方案制定過程中培育學生探索性與邏輯性的思維特質(zhì)，對已有知識進行演繹與推理，同時能有效地發(fā)展學生科學思維.

比如，在探究電流做功大小與哪些因素有關時，學生猜想后接著要設計方案，一些教師首先給出電路圖，講解此電路控制什么變量，改變什么變量，學生應該做什么？怎么做？一步一步朝著想要的結(jié)論帶領學生驗證，將學生“灌”的暈頭轉(zhuǎn)向，學生越學越覺得困難、乏味.如果換一種方式結(jié)果會是怎么樣？

師：如果探究W與U的關系需要控制什么變量？

生：I和t.

師：電路需要串聯(lián)還是并聯(lián)？

生：串聯(lián)，控制I、t一定，改變U即可.

師：串聯(lián)電路怎樣讓導體兩端電壓不相等？如何知道電壓不相等？

生：根據(jù)串聯(lián)分壓特點，讓兩只燈泡規(guī)格不同即電阻不同，分擔電壓不同，在兩只燈泡兩端并聯(lián)電壓表跟蹤觀察并比較誰的電壓大.

師：I、t一定，電流對哪只燈泡做功多？你準備觀察什么？

生：我準備觀察小燈泡的亮度，I、t一定時，電流做功越多，電能轉(zhuǎn)化為光能越多，燈泡就越亮.

生：為保護電路還要增加滑動變阻器.

這樣，教師創(chuàng)設深度思考的氛圍，學生順利地從電路圖圖4過渡到圖6，學生通過質(zhì)疑、批判、肯定實現(xiàn)思維進階，提高分析與處理問題的能力，訓練科學推理能力，真正成為學習的主人，最大程度地發(fā)揮學生的主觀能動性.

3 在科學論證過程中培養(yǎng)學生的科學思維

科學論證是一種依據(jù)科學事實、概念或規(guī)律， 運用一定的科學推理方法，證明一個觀點或結(jié)論是否正確的科學思維.此過程可以在更高層次上促進學生思維能力的發(fā)展.在物理教學中，教師引導學生科學交流，在深入分析的基礎上，取得事實證據(jù)支持以證明自己觀點是否正確，有助于培養(yǎng)學生科學論證思維.

如在“家庭電路和安全用電”教學時，針對短路會引起火災這一教學內(nèi)容，由于安全等因素很多教師會選擇簡單陳述，震撼感不強，學生對短路的認識止于淺層學習，并沒有認同感.究竟什么是短路，短路能造成哪些危害學生并沒有直觀的感性認知.教師在教學中可以采用實驗，既安全又能激起學生的探究熱情.利用兩節(jié)干電池、導線、包裝錫紙、口香糖等器材進行實驗.

在實驗過程中，一些學生將電池正負兩極直接用錫紙連接（如圖7所示），此時電源已短路，學生很快因為燙手而松開電池.一些學生經(jīng)過思考，將錫紙中間用剪刀剪細（如圖8所示）串聯(lián)在電路中，閉合開關形成回路，這次實驗現(xiàn)象極為震撼，學生很快觀察到錫紙燃燒起來，引起全體學生尖叫呼喊.

這時教師可以請進行圖8實驗的同學介紹能夠讓錫紙燃燒起來的成功做法，并引導大家分析原因，再次讓全班陷入深思，學生躍躍欲試，爭先恐后說出各自的想法.此實驗基于真實情境和問題的解決，教師步步深入，引導學生思考建構(gòu)新的認知，學生在科學思維、探究能力、實踐意識、科學態(tài)度等方面得到提升.

再如，在“電功率”教學過程中，在面對額定功率、實際功率和燈泡亮度三者關系時，很多學生感覺到頭疼，分不清、搞不明.為幫助學生克服障礙，突破難點，教師不妨謀求實驗創(chuàng)新：在家庭電路接線板上同時接上四盞燈（如圖9所示），并引導學生觀察各燈亮度，學生驚奇地發(fā)現(xiàn)同樣規(guī)格燈泡亮度不同.接著教師拋出問題串引領學生深度思考，額定功率大的燈是否一定亮？燈泡亮度由什么決定？“220V 100W”的燈泡實際功率一定是100W嗎？后面三盞燈亮度是否相同？能否通過計算證明？學生通過分析電路，進一步推理、判斷并加以計算，再通過實驗探究能夠從本質(zhì)上理解額定功率、實際功率、燈泡亮度三者關系且不易遺忘.

綜上所述，分析是論證的前提，論證是分析的結(jié)論.每次實驗設計與創(chuàng)新都建立在科學分析論證的基礎之上，并根據(jù)實驗過程中的可靠事實幫助學生證明自己觀點，培養(yǎng)學生分析問題能力，發(fā)展學生科學論證思維.

4 在質(zhì)疑創(chuàng)新過程中培養(yǎng)學生的科學思維

質(zhì)疑是學習者在強烈的好奇心下，敢于獨立思考，設難題，敢于大膽發(fā)言，熱烈討論，敢于刨根問底，探索未知.而創(chuàng)新是突出已有知識的局限性，從不同角度思考物理問題.質(zhì)疑是創(chuàng)新的基礎，創(chuàng)新是質(zhì)疑的深化.在物理課堂教學中，教師深度評價，引導學生多提問、多質(zhì)疑，并鼓勵學生創(chuàng)新方法解決問題，培養(yǎng)學生質(zhì)疑創(chuàng)新思維.

再如，在蘇科版物理教材九年級第十五章第四節(jié)“電熱器 電流熱效應”教學過程中，就如何探究電熱與電阻關系的實驗活動中，教師可以先提供三組不同實驗方案，再拋出問題串引領學生進入深度思考，你準備選擇哪組器材實驗？為什么這樣選擇？在你選擇的方案中，是通過觀察什么比較電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少？水、煤油、空氣使用哪組介質(zhì)現(xiàn)象更為明顯？

問題串提出后，全班學生陷入深度思考，部分學生說圖11錯誤，R1電阻絲阻值大，產(chǎn)生的熱量多，但散熱面積也大，兩根火柴頭應該同時被點燃，無法比較R1、R2產(chǎn)生熱量的多少.

但面對圖12、圖13兩圖，班級學生卻爭論不下，一些支持圖12，一些支持圖13.這時，教師抓住契機將學生分為兩組，分別采用圖12、圖13兩圖親自探究，這時學生的探究熱情被點燃，探究欲望更加強烈.學生通過對比實驗方案發(fā)現(xiàn)，采用圖13用時少，實驗現(xiàn)象更明顯，學生又陷入深度思考，為什么加熱空氣現(xiàn)象明顯？師生共同探討、分析，得出是因為水和空氣的比熱容大小不同造成，實現(xiàn)知識遷移.

通過上述“折騰”，學生在器材和實驗方案的對比與評價中發(fā)展思維，加深理解.

評價是一種價值判斷，是一種主觀活動.它的作用是指導教學活動，確定活動目標和方向，進行評價和溝通，既能體現(xiàn)語言的準確性、邏輯性和嚴謹性，又能形成深刻反思，使思維更加深刻.

總之，在物理課堂教學中，教師要緊扣物理學科核心素養(yǎng)目標，秉承發(fā)展學生科學思維理念，鼓勵學生批判和質(zhì)疑，引導學生合理建構(gòu)模型，以事實為判斷依據(jù)，以邏輯推理為論證手段，以質(zhì)疑反思為評價起點，進一步培養(yǎng)學生科學思維，促進學生深度學習，發(fā)展學生核心素養(yǎng).

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（收稿日期：2021-08-03）