摘 要：科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，在物理教學(xué)中如何把思維顯性化以促進(jìn)學(xué)生深度思維，是教學(xué)設(shè)計和實施的重要任務(wù)，也是難點所在。結(jié)合初中物理牛頓第一定律的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計了促進(jìn)學(xué)生思維的教學(xué)活動，概括了有效的教學(xué)策略，對思維顯性化加以探討。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；思維教學(xué)顯性化；教學(xué)策略；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）8-0046-4

促進(jìn)學(xué)生深度思維，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，在當(dāng)下受到了普遍關(guān)注。在我國新的物理課程標(biāo)準(zhǔn)中更是明確地把科學(xué)思維作為課程目標(biāo)，凸顯了思維教學(xué)在新時代的重要性。不過，思維教學(xué)一直以來也都是教學(xué)中的難點問題，其原因是多方面的，比如，思維過程是內(nèi)隱的、意會而未明言的，因此，在認(rèn)識上不夠清晰、明確；思維往往是轉(zhuǎn)瞬即逝的，不易作為觀察和分析的對象來詳細(xì)審視［１］。由此而論，改進(jìn)思維教學(xué)的方向應(yīng)該是“顯性化”，即如果能夠把思維過程顯性化展示，則將有利于示范給學(xué)生如何思維，有利于訓(xùn)練學(xué)生掌握思維的過程和方法，也有利于評估學(xué)生思維過程中存在的問題，從而實現(xiàn)“教-學(xué)-評”的一體化實施。那么，在物理教學(xué)中如何把思維教學(xué)顯性化以引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維呢？本文結(jié)合初中物理牛頓第一定律的教學(xué)來談?wù)動嘘P(guān)的思考。

1 課程標(biāo)準(zhǔn)與教材分析

關(guān)于牛頓第一定律的教學(xué)要求，在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０２２年版）》［２］（以下簡稱“課標(biāo)”）的“內(nèi)容要求”中為：“通過實驗和科學(xué)推理，認(rèn)識牛頓第一定律。能運(yùn)用物體的慣性解釋自然界和生活中的有關(guān)現(xiàn)象?！?/p>

對課標(biāo)內(nèi)容加以解析，可以看出這里體現(xiàn)的物理教學(xué)內(nèi)容有牛頓第一定律、慣性，伽利略的理想實驗法、科學(xué)推理；所要求的水平是認(rèn)識、能運(yùn)用、體會等；課標(biāo)對教學(xué)的過程性要求是“通過實驗和科學(xué)推理”。此外，課標(biāo)也推薦了相關(guān)典例，如汽車急剎車、轉(zhuǎn)彎、安全帶等內(nèi)容。

課標(biāo)在本部分的“教學(xué)策略建議”中提到：建議從學(xué)生的已有經(jīng)驗和認(rèn)知水平出發(fā)，設(shè)計多種學(xué)習(xí)活動，重視物理概念的建構(gòu)過程，促進(jìn)學(xué)生對抽象概念的理解，引導(dǎo)學(xué)生在問題解決中提升能力，發(fā)展核心素養(yǎng)［2］。

初中物理教材在內(nèi)容編寫上很注意聯(lián)系生活實例，重視物理實驗，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實驗探究能力。

2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了力的概念、力的作用效果，知道力可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài)，這為本節(jié)課學(xué)習(xí)做了鋪墊。不過，學(xué)生對力和運(yùn)動的關(guān)系有一些錯誤的生活經(jīng)驗，并且根深蒂固。比如，人們通常認(rèn)為施加力物體才會運(yùn)動，因此，教師在幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念時要注意暴露和轉(zhuǎn)變學(xué)生的前概念。即重視概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的設(shè)計。

本節(jié)課是一節(jié)物理規(guī)律的實驗探究課，學(xué)生經(jīng)過了前期的物理學(xué)習(xí)，已經(jīng)了解了一些實驗探究的方法和思想，這是基礎(chǔ)。但是，學(xué)生在觀察與實驗、分析推理、建立抽象概念和規(guī)律等方面的經(jīng)驗還存在不足，為此，需要教師精心設(shè)計認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)思維過程。

3 教學(xué)設(shè)計與解析

教學(xué)是一個系統(tǒng)化的過程，本節(jié)課的教學(xué)流程如圖１所示。

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題

（１）教學(xué)過程與內(nèi)容要點

教師通過圖片給學(xué)生展示兩類生活實例。首先，組織學(xué)生觀察、分析和表達(dá)個人見解。然后，師生一起分析并圖示化分析，引出亞里士多德和伽利略觀點的矛盾。

【創(chuàng)設(shè)情境】

情境１ 從敲釘子、推木箱兩個典型的生活情境，推導(dǎo)出亞里士多德的觀點。教學(xué)過程如圖２所示。

情境２ 呈現(xiàn)火車進(jìn)站、自行車比賽沖刺后能夠繼續(xù)運(yùn)動直到最后停止等現(xiàn)象，由此推導(dǎo)出伽利略的觀點。教學(xué)過程如圖３所示。

【發(fā)現(xiàn)問題】

對比兩種觀點，組織學(xué)生討論：哪種觀點正確？怎樣驗證？最后形成新的問題：如果沒有阻力，物體可以一直運(yùn)動下去，如何驗證呢？

（２）教學(xué)設(shè)計思路解析

教學(xué)內(nèi)容密切結(jié)合生活實例，貼近學(xué)生生活經(jīng)驗，有助于喚醒學(xué)生的前概念。

通過兩類相反實例的“比較”，易于引發(fā)學(xué)生的思考、辨析，有助于促進(jìn)學(xué)生深入思考、探尋原因。

本課設(shè)計關(guān)注學(xué)生前概念：教師在講解之前，組織學(xué)生表達(dá)個人見解，把學(xué)生內(nèi)隱于心或意會而未言表的想法從潛意識層次提升到明確表達(dá)的顯性化層次，有助于學(xué)生把個人見解與其他同學(xué)的見解、以及后續(xù)教師的解釋加以比較，有助于轉(zhuǎn)變學(xué)生的前概念，體現(xiàn)“科學(xué)即辯論”的教學(xué)思想［3］。

直觀展示說理的邏輯線索，體現(xiàn)“顯性化”教學(xué)。教師在解釋相關(guān)思路時采用邏輯線索圖的形式，把分析的邏輯直觀展示出來，說理性強(qiáng)，同時也給學(xué)生作出了說理論證的示范，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析能力。

3.2 實驗探究，建構(gòu)新知

（１）教學(xué)過程與內(nèi)容要點

【轉(zhuǎn)換問題】

師生互動發(fā)現(xiàn)：“如果沒有阻力，物體將一直運(yùn)動下去”，學(xué)生沒有相關(guān)的生活經(jīng)驗可以直接佐證。因為在生活中不可能出現(xiàn)不受力的情境，而且在實驗室也不易直接實驗觀測。此時，可以把問題轉(zhuǎn)換為“物體受到的阻力越小，則物體越容易長久運(yùn)動下去，如何實驗證明”。

【學(xué)生設(shè)計實驗方案】

教師通過問題鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生思考，組織學(xué)生設(shè)計實驗方案，包括明確問題自變量、因變量，設(shè)計改變自變量和測量因變量的方法，設(shè)計控制干擾變量的方法；選擇實驗器材，整合實驗步驟，設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表等。在學(xué)生嘗試之后，師生一起設(shè)計正確的實驗方案。

實驗裝置如圖４所示。

促進(jìn)學(xué)生思考的問題鏈如下：

①如何改變物體在水平方向上所受阻力？

②通過觀察什么來反映小車運(yùn)動的變化？小車在水平面上運(yùn)動距離的長短除了受阻力的影響，還與其他因素有關(guān)嗎？

③如何使小車剛到達(dá)水平面時的速度相同？

【進(jìn)行實驗，分析論證，初步建構(gòu)新知】

學(xué)生進(jìn)行實驗、收集數(shù)據(jù)（如表１的第2列第4行），教師組織學(xué)生觀察數(shù)據(jù)特點，形成結(jié)論：平面越光滑，受到的阻力越小，小車運(yùn)動的距離越長，速度減小得越慢。

然后，教師詢問學(xué)生這種趨勢能否推演下去？可以得到什么推論？學(xué)生思考，填寫表１的最后一行，得出新的結(jié)論：如果物體受到的阻力為零，速度就不會減小，它將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去。

教師播放動畫來展示一直運(yùn)動下去的情境，強(qiáng)化“印象”。然后，講解伽利略相關(guān)研究的物理學(xué)史內(nèi)容，結(jié)合對上述數(shù)據(jù)的分析，講解理想實驗法的思想。

（２）教學(xué)設(shè)計思路解析

注意對問題加以轉(zhuǎn)化，逐步形成可以探究的物理問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力。

給學(xué)生機(jī)會自主設(shè)計實驗方案來深化科學(xué)思維。圍繞待答問題，引導(dǎo)學(xué)生分析涉及到的變量；然后，圍繞實驗設(shè)計的總體要求（即操作自變量、測量因變量、控制干擾變量，體現(xiàn)控制變量法的思想方法）引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案。教學(xué)組織過程體現(xiàn)“學(xué)生先嘗試，教師后教學(xué)”的“嘗試教學(xué)法”思想，強(qiáng)化學(xué)生的主體性。

本次教學(xué)中不僅應(yīng)用理想實驗法組織教學(xué)過程，而且明確講解理想實驗法的內(nèi)涵，實現(xiàn)物理思想方法的顯性化教學(xué)。

3.3 理論分析，深化認(rèn)識

（１）教學(xué)過程與內(nèi)容要點

在實驗探究的基礎(chǔ)上初步得出牛頓第一定律內(nèi)容，然后，通過語義分析法來解析其內(nèi)涵。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步說理，引出慣性的概念，并通過理論分析來解析內(nèi)涵。即一切物體都有保持原來運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫慣性。

（２）教學(xué)設(shè)計思路解析

在學(xué)生初次接觸規(guī)范和抽象的科學(xué)概念表述時，注意使用直白的、生活化的語言作為過渡，幫助學(xué)生理解和適應(yīng)。比如，把“力是維持物體運(yùn)動的原因”通俗化表述為“物體要持續(xù)運(yùn)動下去，是否需要持續(xù)的力來維持”。

通過使用語義解析的方式全面、細(xì)致地解析牛頓第一定律中各個關(guān)鍵詞的含義，幫助學(xué)生全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確、深入地理解其內(nèi)涵。

3.4 解決問題，學(xué)以致用

（１）教學(xué)過程與內(nèi)容要點

以急剎車為典例，教師展示圖片，并口頭描述現(xiàn)象，以直觀呈現(xiàn)情境。然后，組織學(xué)生審題，抓住現(xiàn)象中的要點。教師利用實物演示和動畫模擬展示物理過程及其關(guān)鍵特征，利用創(chuàng)新模型解釋該現(xiàn)象，然后，結(jié)合汽車急剎車加強(qiáng)安全教育。最后，給出兩個類似實例組織學(xué)生模仿解答，掌握分析和解決問題的過程方法。

教師在前人成果［4］的基礎(chǔ)上創(chuàng)新性提出了“ＰＱＴＤＲ解釋框架”［即現(xiàn)象（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）－問題（Ｑｕｅｓｔｉｏｎ）－理論（Ｔｈｅｏｒｙ）－資料（Ｄａｔａ）－推理（Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ）］（圖５），以此框架引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、明確問題、圍繞問題提取現(xiàn)象中的關(guān)鍵特征，收集事實證據(jù)、圍繞問題聯(lián)系相關(guān)物理知識（理論證據(jù)）。最后，利用資料和物理知識進(jìn)行推理、回答問題。同時，引導(dǎo)學(xué)生對照評價量表自我評價（表２），最后師生一起形成準(zhǔn)確解釋。

（２）教學(xué)設(shè)計思路解析

選擇汽車急剎車這一典型案例作為示范，教給學(xué)生應(yīng)用知識解答這一類題目的思路，凸顯解題思路的教學(xué)。

體現(xiàn)“解釋”模型，并顯性化處理。在前人“ＰＴＤＲ解釋框架”的基礎(chǔ)上，結(jié)合一線名師的教學(xué)實踐經(jīng)驗提出了“ＰＱＴＤＲ解釋框架”，通過講解、應(yīng)用示范，幫助學(xué)生學(xué)會運(yùn)用知識解決問題的思路和方法。凸顯解釋、推理的思維過程的顯性化教學(xué)。

3.5 課堂總結(jié)，形成體系

（１）教學(xué)過程與內(nèi)容要點

最后，教師組織學(xué)生進(jìn)行總結(jié)。在內(nèi)容上，要總結(jié)主要的知識點及其關(guān)系，還要總結(jié)各個知識點建構(gòu)的過程與思想方法，形成知識體系；同時，配合板書，將本節(jié)課的主要內(nèi)容條目式展示在黑板上，板書應(yīng)注意體現(xiàn)重、難點和邏輯關(guān)系。

（２）教學(xué)設(shè)計思路解析

小結(jié)階段要總結(jié)什么？這是教學(xué)設(shè)計時應(yīng)該認(rèn)真思考的問題。本案例中，筆者對教學(xué)主題、內(nèi)容、研究方法、典型案例等進(jìn)行多方面系統(tǒng)總結(jié)，并建立清晰的邏輯結(jié)構(gòu)圖，這里就突出了結(jié)構(gòu)化思維方式。

4 結(jié)束語

物理概念教學(xué)要經(jīng)歷初步建構(gòu)概念、準(zhǔn)確理解概念、學(xué)會應(yīng)用概念的系統(tǒng)化過程。概括而言，本案例在這些教學(xué)環(huán)節(jié)都注意引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)思維過程、促進(jìn)學(xué)生思維的顯性化，以有效培養(yǎng)、及時評價學(xué)生的科學(xué)思維能力。

參考文獻(xiàn)：

［１］陳運(yùn)保，劉碩，張娟，等．通過真實性任務(wù)評價學(xué)生思維能力的策略研究［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０１３，42（１２）：６－９．

［２］中華人民共和國教育部．義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京師范大學(xué)出版社，２０２２．

［3］ＺHOU，Ｇ．Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｓｃｉｅｎｃｅ：Ａ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｒｇｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｕｒａｓｉａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，2010，６（２）：１０１－１１０．

［4］顏石珍，張曉艷．指向高階思維發(fā)展的表現(xiàn)性任務(wù)設(shè)計與實施——以“焦耳定律”為例［Ｊ］．物理教師，２０２１，42（６）：14-18．

（欄目編輯 鄧 磊）