摘 要：在高中物理教學(xué)中，建構(gòu)概念的過程也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的過程。本文闡述了科學(xué)思維發(fā)展與高中物理概念教學(xué)的關(guān)系，通過分析教學(xué)現(xiàn)狀，提出在概念教學(xué)課堂的各個環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的教學(xué)對策，從而促進(jìn)核心素養(yǎng)的落地。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；高中物理；概念教學(xué)

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-260X（2024）06-0116-03

隨著教育理念的不斷發(fā)展，高中物理概念教學(xué)經(jīng)歷了“雙基”時代，第八輪課程改革提出了三維目標(biāo)以及當(dāng)下包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”在內(nèi)的核心素養(yǎng)的培育?！翱茖W(xué)思維”是“三維課程目標(biāo)”中“過程與方法”的深化，也是貫穿學(xué)科核心素養(yǎng)的重要紐帶。在這個大背景下教師應(yīng)該意識到，新時代的育人目標(biāo)已經(jīng)從重視掌握知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾晫W(xué)生的總體素養(yǎng)的發(fā)展。

概念屬于物理知識的基礎(chǔ)構(gòu)成部分，是學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí)與繼續(xù)探索的關(guān)鍵前提[1]。在高中物理的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生將會接觸到越來越多的物理概念，對于物理概念的學(xué)習(xí)，不能只是簡單地記住概念的定義，而是要理解概念，要從概念的內(nèi)涵與外延體驗概念的形成、發(fā)展與運(yùn)用過程。教師在教學(xué)中，不僅要讓學(xué)生掌握相關(guān)的物理概念，還要促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展和創(chuàng)造力的開發(fā)，并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理概念解決實際生活相關(guān)物理問題的綜合能力[2]。

1 科學(xué)思維發(fā)展與高中物理概念教學(xué)的關(guān)系

物理概念的學(xué)習(xí)和理解是分析、判斷、概括和推理等一切物理邏輯思維的出發(fā)點(diǎn)，即物理概念是科學(xué)思維發(fā)展的基礎(chǔ)。對于物理概念的學(xué)習(xí)不能僅靠感覺和記憶，形成科學(xué)思維才是關(guān)鍵。高中物理中的概念和規(guī)律大多是人類在工作和生活中通過物理現(xiàn)象直接分析、概括并總結(jié)出來的。學(xué)生在物理概念的學(xué)習(xí)中，需要經(jīng)過觀察、概括、抽象等思維活動，才能實現(xiàn)對學(xué)生科學(xué)思維能力的培育。

抽象物體概念的形成過程是一個科學(xué)探索的過程?？茖W(xué)探索不可避免地需要使用源自科學(xué)思維指導(dǎo)的科學(xué)方法。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中使用科學(xué)方法將他們的思維水平從低水平提升到高水平時，淺層次的學(xué)習(xí)就變成了深入的探究，這對學(xué)生理解物理概念非常重要[3]。也就是說，具備一定的科學(xué)思維能力有助于提高學(xué)生對物理概念的理解，提高學(xué)生對物理概念的應(yīng)用能力。顯然，發(fā)展科學(xué)思維與學(xué)習(xí)物理概念是相輔相成的。

2 高中物理概念教學(xué)的現(xiàn)狀

教育實習(xí)階段，通過深入高中物理課堂聽課，與學(xué)生以及任課教師進(jìn)行交流發(fā)現(xiàn)高中物理概念教學(xué)存在以下幾個問題。

（1）在日常授課中，物理概念課教學(xué)以講授法、公式推導(dǎo)法、PPT演示法等為主，課堂上與學(xué)生的互動情況較少。抽象枯燥的物理概念難以長時間吸引學(xué)生的興趣，使學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性不夠，在學(xué)習(xí)過程中重習(xí)題輕概念，忽視概念的形成過程和物理概念的本質(zhì)。

（2）前概念影響學(xué)生的物理概念建構(gòu)，即學(xué)生在學(xué)習(xí)物理新概念之前腦海中已經(jīng)形成的、缺乏科學(xué)依據(jù)的理解和認(rèn)知，具有先入為主、范圍廣泛、根深蒂固的特點(diǎn)。其中錯誤的前概念會阻礙學(xué)生形成正確的認(rèn)識。

（3）學(xué)生存在消極的思維定勢，即將頭腦中固有的思維方式不恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到新的物理情境中，不知變通，思維轉(zhuǎn)變不夠靈活。

（4）教師不注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，不注重學(xué)生間的交流討論，課堂上缺少學(xué)生消化理解的時間，使得學(xué)生難以對物理概念進(jìn)行透徹的了解。

3 在物理概念課教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的策略

物理概念課教學(xué)的首要任務(wù)是解釋引入概念的原因。所以作為教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷一個概念從最早提出到最終應(yīng)用的全過程，其中應(yīng)該包含引入、建立、深化、應(yīng)用過程。下面從概念課教學(xué)的四個環(huán)節(jié)中舉例探討如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3.1 巧設(shè)情境，引入概念，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維

在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)需要，引入和創(chuàng)設(shè)一種真實、形象、具體、生動的情境，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的思維，從而促使學(xué)生主動理解概念、建構(gòu)知識。在引入概念的初始階段，大致有以下幾種創(chuàng)設(shè)物理情境的方式。

（1）以問題為導(dǎo)向創(chuàng)設(shè)情境。比如“質(zhì)點(diǎn)”這一概念的引入，以flash或短視頻展示飛翔的老鷹，請學(xué)生描述鷹的機(jī)械運(yùn)動情況。若要說明鷹的飛行路線，是否需要關(guān)注其翅膀、頭部等外形、位置或運(yùn)動。

（2）用復(fù)習(xí)的方式創(chuàng)設(shè)情境。比如以一節(jié)“實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為基礎(chǔ)，歸納得到物體的加速度跟它的質(zhì)量及合外力的關(guān)系，進(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律及其數(shù)學(xué)表達(dá)式，通過知識回顧形成知識的連貫性。再比如學(xué)生通過回憶并驗證“力的作用是相互的”得出作用力和反作用力的概念。通過“直線運(yùn)動”的概念引發(fā)學(xué)生聯(lián)想，引出“曲線運(yùn)動”的概念。分析平拋運(yùn)動問題采用的是運(yùn)動的合成與分解，這種方法在“力的合成與分解”的學(xué)習(xí)中已有基礎(chǔ)，通過回顧讓學(xué)生主動嘗試應(yīng)用這種方法來解決平拋物體運(yùn)動規(guī)律這個新問題。

（3）利用日常生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境。比如在“機(jī)械運(yùn)動”概念的教學(xué)中，通過動圖或視頻展示行駛的汽車、飛翔的小鳥、滾動的足球等生活中隨處可見的機(jī)械運(yùn)動引入概念，建立形象而直觀的物理情境，在此過程中學(xué)生對概念的感性認(rèn)識被充分激活，為接下來對概念本質(zhì)的理性認(rèn)知奠定基礎(chǔ)。同時培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理的眼光觀察生活，利用物理思維分析生活現(xiàn)象的能力。

（4）借助真實實驗現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境。例如在“自由落體運(yùn)動”的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生對懸掛在鐵架臺上的小球進(jìn)行受力分析，然后用火將懸線燒斷，讓學(xué)生觀察小球的運(yùn)動，再演示石塊、粉筆頭在手中落下的過程，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論，進(jìn)而引入新課。在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生觀察、概括能力以及抽象的科學(xué)思維能力。

（5）借助錯誤的前概念引發(fā)沖突創(chuàng)設(shè)情境。例如，自由落體運(yùn)動在生活中比較常見，學(xué)生很容易根據(jù)生活經(jīng)驗形成錯誤的前概念，即“物體越重，下落越快”，這種前概念對于學(xué)生建立“自由落體運(yùn)動”的正確概念是非常不利的，這是本節(jié)課的難點(diǎn)所在，也是一種消極的思維定勢。教師要糾正學(xué)生的錯誤認(rèn)識，改正學(xué)生錯誤的物理前概念，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變思維，使學(xué)生對于新概念的掌握更加深刻。

當(dāng)學(xué)生意識到需要建構(gòu)一個物理模型來研究問題，或者需要改變原有認(rèn)知以重新適應(yīng)新的問題情境時，就掌握了概念建構(gòu)的關(guān)鍵。接下來需引導(dǎo)學(xué)生建立概念。

3.2 引導(dǎo)分析，建立概念，經(jīng)歷科學(xué)思維過程

通過創(chuàng)設(shè)情境引入概念的階段，學(xué)生已經(jīng)對概念有了基本的認(rèn)識，教師接下來可以通過一連串各種不同情境下的問題幫助學(xué)生進(jìn)行分析和概括，抓住問題的主要因素，找出問題之間的共同特征，建立相關(guān)的物理概念，揭示物理本質(zhì)，并明確指出物理概念的內(nèi)涵和外延。

如在描述老鷹的運(yùn)動情況時，學(xué)生可以自然地忽略某些次要因素（如大小、形狀），只關(guān)心主要的方面（如一個有質(zhì)量的物體從某處運(yùn)動到另一處）。教師借此引發(fā)學(xué)生思考忽略大小和形狀的前提。在研究地球公轉(zhuǎn)時，可以忽略大小、形狀以及自轉(zhuǎn)的情況；但在研究地球自轉(zhuǎn)時，地球本身的大小和形狀不可忽略。為了突出主要因素，忽略次要因素，在某些情況下將物體抽象成一個只有質(zhì)量的點(diǎn)，叫做“質(zhì)點(diǎn)”，在這個過程中學(xué)生經(jīng)歷了抽象科學(xué)思維的應(yīng)用過程。

又比如在“加速度”概念的形成階段，引導(dǎo)學(xué)生思考用什么物理量去表征物體速度變化快慢的問題。從表面上看，單位時間的速度變化好像與初速度和末速度都有關(guān)，其實并沒有必然的聯(lián)系。速度為零時，加速度有可能不為零，速度小時，加速度可能是大的。在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生擯棄這些非本質(zhì)的屬性，突出單位時間速度的改變，即用以衡量物體速度變化快慢的本質(zhì)屬性。這個過程主要應(yīng)用類比推理的科學(xué)思維。

在“牛頓第一定律”的概念教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生重演人類認(rèn)識力與運(yùn)動關(guān)系的歷史過程，講述物理史上的科學(xué)家對力與運(yùn)動關(guān)系的研究過程，從開始的感性認(rèn)識上升到用理想模型去推翻感性認(rèn)識的不可靠，進(jìn)而通過大量的實驗分析上升到理性認(rèn)識，最終在前人的經(jīng)驗和積累的基礎(chǔ)上厘清力與運(yùn)動的關(guān)系，在學(xué)生親身經(jīng)歷“牛頓第一定律”概念建構(gòu)的過程中培養(yǎng)他們“質(zhì)疑創(chuàng)新”“科學(xué)推理”“科學(xué)論證”等科學(xué)思維能力。

3.3 設(shè)疑討論，深化概念，強(qiáng)化科學(xué)思維訓(xùn)練

概念建立完成后，教師還需要通過設(shè)置層層遞進(jìn)的疑問，讓學(xué)生進(jìn)一步對概念進(jìn)行深化理解，真正讓學(xué)生達(dá)到理解的程度。首先，要從字面上對物理概念中的關(guān)鍵語句進(jìn)行解析，強(qiáng)調(diào)該概念的適用范圍和適用條件。然后還要與相似概念進(jìn)行比較，讓學(xué)生真正理解它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。

比如在講解將物體看做質(zhì)點(diǎn)的條件時，可以舉一些復(fù)雜、易錯的問題。例如，研究由于地球自轉(zhuǎn)造成的季節(jié)變化時，能否將地球視為質(zhì)點(diǎn)；研究火車從重慶到北京的運(yùn)行時間時，能否將火車看成質(zhì)點(diǎn)；研究火車通過一個大橋的時間時又能否將火車看成質(zhì)點(diǎn)，從而引導(dǎo)學(xué)生得出將物體看作質(zhì)點(diǎn)時的條件。

又如在“牛頓第三定律”的概念教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對定律中的“總是”進(jìn)行理解；闡明在“平衡狀態(tài)”的概念中，“靜止”要滿足的條件；“保持”某狀態(tài)不等于“瞬時”的某狀態(tài)；“矢量”既有大小又有方向，同時遵循“平行四邊形定則”，“電流”有大小又有方向，但它不遵循“平行四邊形定則”，所以“電流”是一個標(biāo)量；剖析“牛頓第一定律”中的關(guān)鍵詞“一切”“總”“或”。運(yùn)用這樣的方式可以有效地避免學(xué)生對概念的片面理解，在運(yùn)用多角度思考問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

再如教師在教學(xué)中可以讓學(xué)生對相關(guān)概念進(jìn)行理解并辨析，比如相對靜止和靜止；相對運(yùn)動和運(yùn)動；相互作用力與平衡力的比較；加速度與速度變化快慢、速度變化率的關(guān)系；電場力與重力、電勢能與重力勢能的類比。

教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從“如何探索物理概念”和“物理概念的形成經(jīng)歷了怎樣的過程”這兩個方面來進(jìn)行探索討論[4]，鼓勵學(xué)生大膽暴露思維過程，大膽表達(dá)自己的一切猜想、質(zhì)疑并勇于提出問題和探究問題，從而有針對性地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

3.4 運(yùn)用概念，解決問題，提升科學(xué)思維水平

概念教學(xué)不能僅僅滿足于學(xué)生理解概念，更要求學(xué)生能夠應(yīng)用新概念解決問題，解釋和預(yù)測生活中常見的物理現(xiàn)象。解決的問題可以是來自生活中的現(xiàn)象，比如講到圓周運(yùn)動時，可以分析兒童樂園里的過山車，也可以是具有真實情景的物理問題。這些都能幫助學(xué)生提升其科學(xué)思維能力。

比如，在“曲線運(yùn)動”概念的鞏固環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的物理概念，解釋在自行車或者電動摩托的前后輪上安裝擋泥板的原因。在“彈力”這個概念的應(yīng)用環(huán)節(jié)，讓學(xué)生從“形變”與“彈力”的知識出發(fā)，研究撐竿跳高運(yùn)動員跳得高的原因，以及決定跳水運(yùn)動員在空中滯空時間的主要因素。設(shè)置開放性問題，布置課外自制彈簧秤的任務(wù)，并組織評比活動。這些都有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

在“加速度”概念的鞏固練習(xí)環(huán)節(jié)，除了基本的習(xí)題練習(xí)之外，可以讓學(xué)生發(fā)散思維，利用手機(jī)中的加速度傳感器測一測生活中的加速度，比如測量自己甩手時或者交通工具啟動時的加速度，另外還可以調(diào)查自然界中存在的加速度和科研過程中的加速度，使學(xué)生將物理概念與現(xiàn)代科技相聯(lián)系，學(xué)會以物理的眼光看世界，從不同角度分析、比較抽象的物理現(xiàn)象，從而讓學(xué)生的科學(xué)思維能力得到更大的提升。

所以，在物理概念課堂教學(xué)中，教師可以通過創(chuàng)設(shè)情境、引導(dǎo)分析、設(shè)疑討論、解決實際問題等這一系列連貫的教學(xué)策略，讓學(xué)生經(jīng)歷建模、分析、歸納、總結(jié)、應(yīng)用等思維過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力中的創(chuàng)建模型能力、科學(xué)推理能力、科學(xué)論證能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力等。

4 結(jié)語

思維是人們認(rèn)識客觀事物的抽象過程，科學(xué)思維是學(xué)生在真正意義上掌握知識的必經(jīng)之路[5]。科學(xué)思維的培養(yǎng)屬于學(xué)生心智技能之一，它是一個內(nèi)在思維訓(xùn)練過程，而這個訓(xùn)練的過程不是一蹴而就的，僅僅幾堂課的教學(xué)并不能明顯看出學(xué)生思維的變化，而是需要在物理教學(xué)中進(jìn)行長期的滲透和應(yīng)用，才能取得一定的效果。教師需要清楚地知道科學(xué)思維能力培養(yǎng)的長期性，堅持對學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)[6]。在物理課堂中教師要鼓勵學(xué)生主動參與、善于思考、樂于探究、勤于動手，不僅要注重知識的學(xué)習(xí)，更要讓學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)現(xiàn)過程。不但要授人以魚，更要授人以漁，后者是長期目標(biāo)，更具深遠(yuǎn)意義。

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