摘? ?要：文章首先闡述了中學物理教學滲透科學思想方法教育的現(xiàn)實意義，然后以“探究磁場對電流的作用”為例，剖析了如何將教材、知識、方法、學生有機結(jié)合，充分挖掘教學內(nèi)容和教學過程隱藏的科學思想方法，培養(yǎng)與發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學思想和方法;核心素養(yǎng);滲透

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）10-0015-4

隨著時代的發(fā)展，社會的進步，以知識為本位的教育已不符合時代要求。根據(jù)《關(guān)于全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務(wù)的意見》精神，各學科普通高中課程標準緊緊圍繞有利于學生終身發(fā)展的關(guān)鍵能力和必備品格的培養(yǎng)進行了修訂和完善。核心素養(yǎng)的提出，彰顯了課程和教學的育人價值，為教學方式、學習方式的轉(zhuǎn)變和教學理念的更新提供了引領(lǐng)性支撐。物理教學也應(yīng)聚焦物理學科核心素養(yǎng)的培育，改變以知識為本位的教育現(xiàn)狀，讓物理學科核心素養(yǎng)的培育落到實處。物理學的發(fā)生、發(fā)展過程蘊含著豐富的科學思想和方法，它是中學物理教育的主體內(nèi)容，也是物理核心素養(yǎng)的內(nèi)核。因此，在物理教學中加強科學思想方法的教育就顯得尤為重要和必要。

1? ? 科學思想和方法是物理科學的關(guān)鍵組成部分

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，“物理學是基于觀察與實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學等工具，通過科學推理和論證，形成的系統(tǒng)研究方法和理論體系”?？梢?，觀察實驗法、模型建構(gòu)法、數(shù)學方法、推理論證法這些科學思想和方法與物理知識具有同等地位，是物理教育的主體內(nèi)容。再由物理學的發(fā)展看，從伽利略的理想斜面實驗到牛頓力學的“月地檢驗”，從研究磁場到研究電場的方法類比，從奧斯特的“電生磁”到法拉第的“磁生電”的對稱思想，從盧瑟福用“沖擊”的方法研究微觀結(jié)構(gòu)到量子力學的建立等，無不蘊含著深刻的科學思想與方法，正是這些思想方法引領(lǐng)著人類由物理現(xiàn)象到物理本質(zhì)的認識不斷升華，推動著物理科學的發(fā)展。正如費曼所說“科學是一種方法”，因此科學思想和方法是物理科學的重要組成部分。

2? ? 物理教學中滲透科學思想和方法是新一輪課程改革的必然趨勢

中學物理的科學思想和方法是指在物理概念建構(gòu)、物理規(guī)律的探索中，那些反映物理本質(zhì)、體現(xiàn)科學思維的觀念、方式、途徑、程序和手段等，它是認識物理本質(zhì)的精髓。比如“化曲為直”“對稱”“等效”等思想，又比如探究過程中遵循的發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、收集證據(jù)、作出解釋和論證的程序及使用的手段，包括觀察實驗法、理想模型法、對比法、類比法、圖像法、假設(shè)法、數(shù)學方法、分析綜合法以及歸納演繹等方法。物理思想和方法比物理知識更富有創(chuàng)造性，是物理學的精髓。清華大學葉企孫教授曾強調(diào)：物理教學不僅要給予學生知識，更要給予學生科學思想和方法，因為知識只有通過方法加以應(yīng)用才能體現(xiàn)出它的價值。

在實際教學中，重學術(shù)輕教育、重知識輕方法、重結(jié)論輕思維過程的現(xiàn)象依然存在。比如“超重和失重”一課，有老師是這樣教學的：（1）教師舉例說明什么是超重和失重現(xiàn)象;（2）教師用牛頓第二定律推導出超重和失重的條件;（3）學生利用超重、失重條件做練習。這樣的教學缺乏學生的主動參與和知識的建構(gòu)，學生對所學知識的理解、掌握很難到位，更是有悖于由證據(jù)進行推理、論證得出結(jié)論的科學的本質(zhì)。這種過分強調(diào)知識及應(yīng)用的教學也讓學生缺失機會領(lǐng)略蘊含在知識中的物理思想方法，缺乏探索精神和創(chuàng)新意識，不利于科學思維的培養(yǎng)。

新的高中物理課程標準明確指出：“教材的內(nèi)容要重視科學的發(fā)展過程，關(guān)注科學家在科學探索過程中所凝練、升華的科學思維方式和科學研究方法”。高中物理新課改教材在內(nèi)容安排和呈現(xiàn)形式上蘊含著豐富的科學思想和方法，體現(xiàn)了對學習物理學的科學思維與方法的高度關(guān)注，無疑要求教師在教學實踐中充分挖掘教材中隱形的物理思想和方法，將教材、知識、方法、學生有機結(jié)合，進行科學思想和方法的滲透，發(fā)揮其育人價值，培養(yǎng)和提升有利于學生終身發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力，即物理核心素養(yǎng)。

3? ? 物理教學中滲透科學思想和方法是培育提升核心素養(yǎng)的有效途徑

為了全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人的根本任務(wù)，《普通高中物理課程標準（2017年版）》已經(jīng)出爐，新的課程標準更加注重物理課程的育人價值，凝練出了高中物理核心素養(yǎng)，即物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面。課標中關(guān)于課程理念的更新、課程目標的修訂、課程結(jié)構(gòu)的再設(shè)計、課程內(nèi)容的篩選、教材的編寫和課程實施的建議無不緊緊圍繞核心素養(yǎng)的發(fā)展和落實?？梢哉f，新一輪課改的核心就是基于核心素養(yǎng)的發(fā)展和落實。物理核心素養(yǎng)是學生通過物理學習逐步形成的適應(yīng)終身發(fā)展和時代發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。我們可以這樣理解，物理核心素養(yǎng)就是忘掉所學的物理知識后留下受益終身的智慧、品格、方法與能力，而物理思想和方法正是這些智慧、品格、能力的核心要素。

“物理觀念”是指從物理學視角所形成的認識事物、解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的思想、方法和觀點。可見，物理思想和方法是物理觀念的有機組成部分。在教學中，不僅要讓學生理解、掌握物理概念和規(guī)律，還要讓學生經(jīng)歷概念建構(gòu)、規(guī)律探尋的過程，充分領(lǐng)悟其思想方法，即滲透物理思想和方法的教育，促進物理觀念的形成。

“科學思維”是指學生從物理學視角研究問題、解決問題中所形成的思維方法、思維品質(zhì)和能力，主要包括建構(gòu)模型、推理論證、抽象概括、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。課標指出，發(fā)展科學思維能力是重要教學目標之一。教學內(nèi)容本身蘊含著豐富的科學思想和方法，其中建構(gòu)物理模型是重要的科學思想和方法之一。在教學中，通過建構(gòu)物理模型來研究實際問題，引導學生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)、物理規(guī)律的形成過程，充分體會科學方法，發(fā)展學生的科學思維能力。例如，關(guān)于加速度的教學，先創(chuàng)設(shè)幾個實際的交通工具在不同時間內(nèi)速度改變不同的情境，讓學生來研究它們速度改變的快慢問題，學生根據(jù)提供的信息，分析、歸納出一個統(tǒng)一的標準——單位時間內(nèi)速度變化量，進而綜合、抽象出加速度的概念。通過以上過程，學生經(jīng)歷了“分析—歸納—抽象”的過程，認識到了物理的本質(zhì)，發(fā)展了科學思維。

“科學探究”是指“基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素”。關(guān)于科學探究的行為、手段、程序本身就是科學方法，課標指出科學探究能力的培養(yǎng)應(yīng)滲透在物理教學的整個過程，無論是物理知識的教學還是物理問題的解決，都應(yīng)盡量滲透提出問題、收集證據(jù)、推理論證、解決問題這一科學方法，幫助學生理解科學探究的本質(zhì)，促進科學探究能力的提升。

“科學態(tài)度與責任”是指在認識科學本質(zhì)、理解科學·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上形成對科學和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責任心。科學的本質(zhì)就是用科學的思想方法認識、探究、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，從而服務(wù)于人類社會。物理教學中滲透科學思想和方法的教育，可以讓學生了解科學的起源與發(fā)展，欣賞科學事業(yè)，體驗探索者的艱辛與悲歡，感受科學家們“立德立言、無問西東”的高尚情懷，從而提升其社會責任感。

4? ? 滲透科學思想和方法教育的案例剖析

教學內(nèi)容本身往往蘊含著豐富的科學思想與方法，在新課程背景下，教師應(yīng)在理解教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行再創(chuàng)造，充分挖掘隱藏在其中的科學思想和方法，對學生進行科學思想和方法的滲透，讓核心素養(yǎng)的培育和發(fā)展落到實處。下面就以高中物理“探究磁場對電流的作用”為例，剖析如何滲透科學思想和方法的教育，有效提升學生的核心素養(yǎng)。

任務(wù)一：演示小魔術(shù)——會旋轉(zhuǎn)的液體引入課題，提出問題

1.介紹裝置，如圖1。

2.不通電，沒現(xiàn)象。

3.接通電源，溶液旋轉(zhuǎn)起來。

4.取下平臺，旋轉(zhuǎn)變慢至停下。

5.重新放上平臺（反放），溶液反向轉(zhuǎn)動。

揭秘：液體是能導電的鹽水;平臺原來是塊磁鐵。

教師引導：液體一定是受到了某種力，這個力是怎樣產(chǎn)生的呢？（磁場和電流兩個條件缺一不可）

【設(shè)計意圖】創(chuàng)設(shè)小魔術(shù)這個情境對學生刺激性很強，激起學生迫切想知道是什么力使液體旋轉(zhuǎn)起來？這個力又是怎么產(chǎn)生的？體現(xiàn)由“生活走向物理”的思想，用“通電、斷電”“有磁場、無磁場”“電流正向、反向”這些“對比”的方法，為后面學生探究安培力的有無和方向做了鋪墊。

任務(wù)二：探究安培力的方向——左手定則

1.猜想：安培力的方向可能跟哪些因素有關(guān)？

2.利用實物展臺介紹實驗裝置，如圖2。

3.分組實驗：每小組利用以上器材探究安培力的方向（如圖3所示），并記錄實驗結(jié)果。

4.引導學生分析，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

（1）對比實驗一和實驗二，發(fā)現(xiàn)了什么？ 對比實驗二和實驗三，發(fā)現(xiàn)了什么？對比實驗一和實驗三，發(fā)現(xiàn)了什么？

（2）引導學生將各個模型同色的箭頭旋轉(zhuǎn)對齊，學生初步發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

（3）歸納出左手定則。（結(jié)合模型演示和體驗）

【設(shè)計意圖】首先讓學生理解實驗裝置及原理。探究安培力的方向時，傳統(tǒng)的方法是通過有電流的銅棒在軌道上的滑動方向來判斷。然而，這樣做實際上是不科學的，銅棒向右滑并不一定是受向右的力，有可能是受斜向右方的力。而銅棒不動也不能說明它不受力，可能是受到了豎直方向的力。本裝置采用銅片“天橋”對此作了改進，它能全面地顯示安培力的情況。還可以方便地改變磁感應(yīng)強度、電流的有效長度和電流大小。對實驗裝置的改進本身就是一種創(chuàng)新，這對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力有潛移默化的作用。每個小組同學經(jīng)歷了設(shè)計方案，記錄信息，分析、歸納出安培力方向與電流和磁場方向的關(guān)系，這一流程本身就是體現(xiàn)物理本質(zhì)的科學思想和方法。將實際的立體模型轉(zhuǎn)換成平面模型，體現(xiàn)轉(zhuǎn)換思想，用控制變量的方法測出安培力的方向，然后從記錄的信息中歸納、抽象出安培力的方向滿足的規(guī)律——左手定則。這些物理思想方法的滲透發(fā)展了學生的科學探究能力。

任務(wù)三：探究安培力的大小

1.猜想：安培力的大小可能與哪些因素有關(guān)？

2.思考：

（1）如何改變電流？如何改變磁場？如何比較安培力的大??？

（2）如何利用以上裝置定量探究安培力的大??？

3.探究：

（1）引導學生從理論上用等效替代法探究F與B、I、L的定量關(guān)系。

（2）定量實驗

a.用累積放大的方法將安培力放大，以便用如圖4所示的彈簧秤較準確地測量。

b.用相同磁塊重疊和并排，定量改變磁感應(yīng)強度B和電流在磁場中的有效長度L，如圖5。

c.師生合作，得到實驗數(shù)據(jù)。

d.學生分析實驗數(shù)據(jù)得到定量結(jié)論。

4.總結(jié)得到安培力的定量公式及適用條件。

【設(shè)計意圖】 首先用控制變量法和等效替代的思想從理論上半定量探究F與B、I的關(guān)系，

改進的器材采用強磁塊疊加的方法實現(xiàn)了B的定量改變，利用累積放大的方法使安培力得到定量測量，從而突破了定量研究安培力的兩大難點。學生用控制變量的方法分別將B、I、L變?yōu)樵瓉淼?倍，F(xiàn)也變?yōu)樵瓉淼? 倍，將B、I、L同時變?yōu)樵瓉淼?倍，F(xiàn)變?yōu)樵瓉淼?倍，進一步從實驗得出F與B、I、L成正比的規(guī)律。這一環(huán)節(jié)滲透了控制變量法、等效法、累積放大法、數(shù)理法、推理法，還體現(xiàn)了從理論、實驗兩方面探究物理規(guī)律的思想，對發(fā)展學生的科學思維和科學探究能力有積極的推進作用。

任務(wù)四：探究課題引入實驗

1.展示如圖6所示實驗裝置的俯視圖，引導學生明確磁場方向、電流方向，選取研究對象并畫出平面圖，用左手定則判斷受力方向，得出液體的旋轉(zhuǎn)方向。

2.思考：

（1）有哪些方法可改變液體的旋轉(zhuǎn)方向？

（2）要使旋轉(zhuǎn)加快，又有哪些方法？（聚焦知識點F=BIL）

（3）能量怎樣轉(zhuǎn)化？（引出電動機，安培力就在我們身邊，安培力讓我們生活的世界“轉(zhuǎn)”了起來。）

【設(shè)計意圖】將旋轉(zhuǎn)液體轉(zhuǎn)化為學生熟悉的通電導體在磁場中受安培力的物理情境，來揭秘課題引入的實驗，體現(xiàn)了建模的思想和課堂結(jié)構(gòu)的前后呼應(yīng)，創(chuàng)設(shè)層層遞進的問題有利于安培力大小的計算、方向的判定等物理觀念固化，同時也體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的物理思想。學生用所學的安培力觀念和建模的思想來分析、解決實際問題，認識到自然、社會中隱藏的物理科學本質(zhì)，提高了探究能力，養(yǎng)成了科學態(tài)度，促進了物理核心素養(yǎng)的形成。

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