彭偉祿

科學(xué)思維是指運用科學(xué)的方法、原則和規(guī)律，對自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象進行分析、解釋和判斷的思維方式。它包括在產(chǎn)生假設(shè)、實驗設(shè)計、證據(jù)評估、推斷思辨、得出科學(xué)結(jié)論等過程中的一切思維技能，是一種非算法性的、復(fù)雜的高級思維，核心是對一個多變量系統(tǒng)進行推斷時所表現(xiàn)出的科學(xué)推理能力。培育學(xué)生的科學(xué)思維，是高中物理課程的重要內(nèi)容，也是物理教育的目標(biāo)之一。在當(dāng)前新一輪高考改革的大背景下，核心素養(yǎng)被放在了首要位置。就物理學(xué)科來說，核心素養(yǎng)主要有物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。這四種核心素養(yǎng)當(dāng)中，科學(xué)思維是核心。

在高中物理基本規(guī)律教學(xué)過程中，筆者嘗試改進教學(xué)方法和課程實施策略，以培育學(xué)生科學(xué)思維，培養(yǎng)具有批判主義思維的新時代學(xué)生為切入點，探索出基于模型構(gòu)建、問題設(shè)置、反思質(zhì)疑和思維導(dǎo)圖的四種策略，讓學(xué)生具有科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)，并且能夠運用科學(xué)思維方法解決現(xiàn)實生活中的問題，成為具有基本科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)思維的新時代學(xué)生。

一、物理基本規(guī)律教學(xué)與科學(xué)思維內(nèi)涵及關(guān)聯(lián)

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，注重從少數(shù)幾條假設(shè)或定律中演繹出一整套科學(xué)體系。物理基本規(guī)律教學(xué)是指在物理教學(xué)中，以物理基本規(guī)律為主線，系統(tǒng)地介紹物理學(xué)的基本概念、原理和方法，使學(xué)生掌握物理學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

物理基本規(guī)律教學(xué)與科學(xué)思維培養(yǎng)是相互促進、相互提高的。物理基本規(guī)律教學(xué)與科學(xué)思維的培養(yǎng)之間存在密切的雙向關(guān)聯(lián)。這主要體現(xiàn)在以下方面：一是物理基本規(guī)律教學(xué)可以幫助學(xué)生建立科學(xué)的世界觀和方法論，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力;二是物理基本規(guī)律教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察、實驗、推理、創(chuàng)造等科學(xué)思維能力，使學(xué)生運用物理知識解決實際問題;三是科學(xué)思維可以指導(dǎo)學(xué)生在物理基本規(guī)律教學(xué)中，正確地認(rèn)識物理現(xiàn)象，掌握物理規(guī)律，運用物理方法，發(fā)展物理思維;四是科學(xué)思維可以促進學(xué)生形成批判性思維、創(chuàng)造性思維、探究性思維等高層次的思維品質(zhì)。

在課堂教學(xué)中，學(xué)生掌握知識總體上遵循“知識—能力—思維”這一路徑，由低階向高階演進。例如，教師以牛頓運動三定律為基礎(chǔ)，建構(gòu)起整個牛頓力學(xué)體系，讓學(xué)生了解物理科學(xué)體系內(nèi)容，這是學(xué)科知識傳授的過程;在知識傳授過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生運用科學(xué)思維來理解科學(xué)知識、建構(gòu)知識體系，這是學(xué)生學(xué)科能力提升的過程。在此過程中，如果教師引導(dǎo)學(xué)生以同樣的思維去理解未曾接觸到的知識，以此思維體系去應(yīng)對各種問題，就是科學(xué)思維形成的過程。

二、基本物理規(guī)律教學(xué)中科學(xué)思維培養(yǎng)策略

在基本物理規(guī)律教學(xué)中，筆者嘗試采用以下四種方式培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

（一）基于模型構(gòu)建，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力

物理基本規(guī)律是對自然現(xiàn)象的抽象和概括，它們往往可以用數(shù)學(xué)模型來表達和解釋。教師在教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、實驗、歸納等方法，發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象的規(guī)律性，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，如公式、方程、圖表等。然后，教師可以讓學(xué)生利用所建立的模型，對物理現(xiàn)象進行分析、預(yù)測、驗證和評價，從而培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和科學(xué)思維能力。例如，在“牛頓運動定律”這一章中，筆者讓學(xué)生通過實驗測量不同質(zhì)量的物體在不同外力作用下的加速度，從而發(fā)現(xiàn)加速度與質(zhì)量和外力之間的關(guān)系，建立牛頓第二定律的數(shù)學(xué)模型。然后，筆者讓學(xué)生利用牛頓第二定律的數(shù)學(xué)模型，分析不同情況下物體的運動狀態(tài)，預(yù)測物體受到的合力大小和方向，當(dāng)然也可以讓學(xué)生通過物體的受力情況來預(yù)測物體的運動情況。這樣就可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，包括提升他們運用數(shù)理結(jié)合解決實際問題的能力。如果有可能，還可以嘗試讓學(xué)生驗證物體運動過程中力和運動的關(guān)系，評價牛頓第二定律的適用范圍和局限性等。

（二）基于問題設(shè)置，培養(yǎng)學(xué)生的推理能力

物理基本規(guī)律是對自然現(xiàn)象的解釋和推理，它們往往可以用邏輯推理的方法來證明和推廣。教師在教學(xué)中，可以設(shè)置一些具有挑戰(zhàn)性和探究性的問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的物理基本規(guī)律和科學(xué)方法，探究和解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和科學(xué)思維能力。例如，在“電磁感應(yīng)”這一章楞次定律和電磁感應(yīng)定律的教學(xué)中，筆者首先設(shè)置一個問題：為什么在一個閉合電路中移動磁鐵或?qū)Ь€時會產(chǎn)生電流？然后通過實驗，讓學(xué)生觀察如果不移動又會怎樣，繼而讓學(xué)生繼續(xù)觀察，當(dāng)磁鐵或者線圈運動方向不同時，電流方向有何不同，我們可以得出什么樣的結(jié)論。學(xué)生通過對問題進行分析和推理，從而發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)：當(dāng)磁鐵或?qū)Ь€相對運動時，會改變閉合電路中的磁通量，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。教師以此一步步引導(dǎo)學(xué)生得出法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律。另外，在高中物理教學(xué)中，圖像法也是一種重要的解決問題的方法。在這類問題的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以從速度和時間關(guān)系圖像出發(fā)，推導(dǎo)出面積可以表示位移。教師一步步引導(dǎo)學(xué)生得出：加速度和時間關(guān)系圖像的面積所代表的物理意義，讓學(xué)生思考F-X圖像及F-t圖像所夾面積的含義，進而讓學(xué)生明白平均作用力對時間和位移是不一樣的。這樣學(xué)生的推理能力慢慢就形成了。

（三）基于反思質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的批判思維

物理基本規(guī)律是對自然現(xiàn)象的批判和創(chuàng)新，它們往往可以用反思質(zhì)疑的方法來修正和完善。教師在教學(xué)中，可以鼓勵學(xué)生對所學(xué)的物理基本規(guī)律進行反思和質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)其中的疑點和不足，大膽提出自己的見解和建議，從而培養(yǎng)學(xué)生的批判思維和科學(xué)思維能力。例如，在“相對論”這一章中，筆者讓學(xué)生對牛頓運動定律進行反思和質(zhì)疑，通過一些學(xué)生能夠感受到的現(xiàn)實問題，發(fā)現(xiàn)物體在高速運動時會出現(xiàn)偏差和錯誤，并引入愛因斯坦相對論的概念和原理，讓學(xué)生了解相對論是如何修正和完善牛頓運動定律的，從而提高學(xué)生的批判思維和科學(xué)思維能力。

（四）基于思維導(dǎo)圖，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

物理基本規(guī)律是對自然現(xiàn)象的系統(tǒng)和整合，它們往往可以用思維導(dǎo)圖的方法來組織和展示。教師在教學(xué)中，可以讓學(xué)生運用思維導(dǎo)圖，將所學(xué)的物理基本規(guī)律，以及它們之間的聯(lián)系和區(qū)別，用圖形和文字的方式呈現(xiàn)出來，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。例如，在“電場”這一章中，筆者讓學(xué)生運用思維導(dǎo)圖，將電場的概念、力的性質(zhì)、能的性質(zhì)等內(nèi)容表示出來，從力和能兩條線出發(fā)，一步步找出場強、電勢、電勢能、等勢面和電場線之間的聯(lián)系，以及它們與其他物理現(xiàn)象和規(guī)律的關(guān)系。筆者用思維導(dǎo)圖的方式整理和總結(jié)，從而加深學(xué)生對電場性質(zhì)的理解和記憶，幫助學(xué)生形成構(gòu)建知識體系、建立知識網(wǎng)絡(luò)的能力。

總之，物理教師應(yīng)該以新時代的科學(xué)發(fā)展觀為指引，在新一輪的高考改革中主動學(xué)習(xí)，努力思考，積極創(chuàng)新，注重培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生成為高效的物理學(xué)習(xí)者和未來的科技創(chuàng)新者。在教學(xué)中，教師以科學(xué)思維為主要研究點，在物理基本規(guī)律教學(xué)中探尋培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的基本思想和具體方法，通過基于模型構(gòu)建、問題設(shè)置、反思質(zhì)疑和思維導(dǎo)圖等策略，從不同的角度和層面，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、推理能力、批判思維和科學(xué)思維，使學(xué)生能夠掌握物理基本規(guī)律的內(nèi)涵和意義，運用物理基本規(guī)律解決實際問題，發(fā)展物理思想和創(chuàng)新能力。

（本文系2023年度河南省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項目一般課題“‘雙新背景下物理教學(xué)培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的研究”的成果。立項編號：JCJYC

2306150404）

（責(zé)編 桑 濤）