彭耀

【摘要】科學思維，是初中物理核心素養(yǎng)的內涵之一.科學思維包含的要素較多，培養(yǎng)學生的科學思維，有助于準確理解物理現(xiàn)象，探索物理本質.本文首先分析科學思維能力的結構，然后以初中物理概念教學為例，分別從“運用信息技術、凸顯主體地位，創(chuàng)設趣味情境、促進深度思考，設計探究活動、注重思維發(fā)展，建構概念體系、掌握思維方法”等四個方面，探尋培養(yǎng)學生科學思維的初中物理概念教學路徑.

【關鍵詞】科學思維；概念教學；初中物理

根據(jù)《義務教育物理課程標準（2022年版）》的要求，新時期的初中物理教學應當以培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)為中心.其中，科學思維是物理核心素養(yǎng)的重要組成，與物理觀念、科學探究、科學態(tài)度與責任等其他核心素養(yǎng)有著十分緊密的關系.科學思維主要包括推理分析、質疑論證、創(chuàng)新創(chuàng)造、模型建構等基本要素，均需要學生在探究新知識、新事物的過程中進行深度思考，逐漸鍛煉出優(yōu)秀的學習品質^[1].下面，以初中物理學科的概念教學為例，探究培養(yǎng)學生科學思維的初中物理概念教學路徑.

1 科學思維能力的結構分析

1.1 科學思維的內容

科學思維的內容是科學思維能力的組成之一，需要學生全面了解自然現(xiàn)象、科學概念、實驗規(guī)律、研究問題，并將這些知識點融合在一起，形成一種科學、高效的思考方式^[2].由于物理概念是科學概念的關鍵組成，因此，以物理概念作為切入點，優(yōu)化教學方略，對學生科學思維的成長具有重要意義.

1.2 科學思維的方法

關于科學思維的方法，主要指人們在分析問題與學習知識的過程中，所采用的高效、合理的思考方法，是構成科學思維能力的關鍵因素.一般來講，科學思維的方法共有以下幾種：科學推理、臻美、比較與分類、等效替代、分析綜合.其中，科學推理方法以類比、演繹為主，臻美以和諧、簡潔、對稱、多樣統(tǒng)一為主，比較與分類的方式以差異化比較、相似化比較為主，等效替代法需要針對物理模型、研究過程、作用結果、事物本質的具體情況，進行等效替代分析，分析與綜合方法包括從復雜到簡單、從簡單到復雜、從分到整、從整到分等多種思考過程.

1.3 科學思維的品質

科學思維品質是科學能力的內涵，需要學生在解決問題、學習知識的過程中不斷沉淀，逐漸形成的個人學習素養(yǎng).在此過程中，學生通常會表現(xiàn)出多種多樣的個人思維特征.如思考比較深刻、善于批判、考慮問題的方式比較靈活、反應十分敏捷、思考得出的結論具有獨創(chuàng)性等.簡而言之，科學思維品質是評估學生科學思維能力的重要標準，也是培養(yǎng)學生科學思維的關鍵點.

2 培養(yǎng)學生科學思維的初中物理概念教學路徑

2.1 運用信息技術，凸顯主體地位

在信息時代，蓬勃發(fā)展的信息技術全面推動教育領域的變革.若想通過概念教學有效培養(yǎng)學生的科學思維能力，物理教師不能沿襲以往的授課思路，為學生事無巨細地分析物理概念的內涵，而是要凸顯學生的主體地位，給予學生充足的自主學習空間.對此，教師可以運用信息技術，加強學生的合作學習與自主學習.

首先，教師可以借助微信群、QQ群，為學生劃分學習小組.鼓勵學生在群內自由交流，完成相應的合作學習.通過小組合作，可以讓學生的學習優(yōu)勢形成互補，做到彼此促進、相互成長.

例如 教師在教學有關“杠桿”的課程時，可以為各小組布置以下實踐任務：自制桿秤.學生在課后探究任務時，如果遇到研究難題，比如找不到合適的制作材料，不了解如何標記杠桿的刻度等，可以通過群聊的方式，向其他組員和教師予以求助.由此，能夠營造集思廣益的學習環(huán)境，充分激發(fā)學生的主觀學習能動性，讓學生在合作學習的過程中不斷取長補短，強化自身的科學思維能力.

其次，教師可以通過電子書包，實現(xiàn)學生的個性化學習.所謂電子書包，包括教師端與學生端，二者之間可以自由傳送信息.在教師端中，通常會歸納總結每堂課的導學案、活動卡、微視頻、PPT，方便學生預習學習.而學生端中，一般會收納大量的學習材料，方便學生分享使用.通過電子書包，可以將紙質課本變得更為立體化，方便學生隨時隨地開始自由學習.

例如 以“彈簧測力計”的教學為例，教師可以將本堂課的概念知識提煉，整理成微課視頻、PPT課件的形式.學生在課后時間可以提前下載到移動設備之中，在重復觀看的過程中充分了解彈簧測力計的原理、讀數(shù)等基本概念.這能起到翻轉課堂的教學效果，有效提高學生的預習質量與學習效率.通過電子書包，學生在完成相關的學習之后，可以將未學懂的概念知識或遇到的問題歸納總結，統(tǒng)一發(fā)送到教師端，由教師展開針對性的教學指導.這樣可以提高物理概念教學的精確性，培養(yǎng)學生良好的自主學習能力.

2.2 創(chuàng)設趣味情境，促進深度思考

由于物理知識相對比較抽象，對于許多陌生的概念，學生很容易產(chǎn)生學習困惑.對此，教師可以通過創(chuàng)設情境的教學方式，借助生動有趣的情景，簡化物理概念的理解難度，促進學生的深度思考，在潛移默化中生成良好的科學思維^[3].

首先，教師可以用問題構建情境，激發(fā)學生的學習探究欲望.以慣性的概念教學為例，教師為學生播放以下兩段生活短視頻：（1）小剛在走路時，不小心踢到一塊石頭，一下子趴摔在地上；（2）小明在走路過程中，不小心踩到了香蕉皮，下一刻就仰摔在地上.通過視頻，教師詢問學生：“兩人分別出現(xiàn)了什么樣的摔倒方式？為什么兩種摔倒方式截然不同？”通過這種生活中常見的現(xiàn)象，可以迅速引起學生的研究興趣.從而引入本堂課的重要概念“慣性”，充分啟發(fā)學生的探究思維.

其次，教師可以引導學生提出猜想、作出假設，這樣能夠培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的質疑意識.

例如 教師在講解電磁效應的概念時，為學生播放以下三段情境視頻：（1）知名物理學家奧斯特首次發(fā)現(xiàn)電流具有磁效應；（2）奧斯特通過實驗，發(fā)現(xiàn)了直導線與通電螺線管的磁場分布；（3）展示有關通電螺線管的小實驗，讓學生觀察通電螺線管周邊的磁針會發(fā)生什么樣的變化.當學生觀看完三段短視頻之后，可以對電磁效應的概念產(chǎn)生初步的了解.以此為基礎，教師順勢引入以下問題：“嘗試猜想通電螺線管周圍的磁場方向與什么因素有關？”通過視頻的提示，學生能假設出電流方向、電池正負極、螺線管繞法等多個答案.當學生對物理概念完成相應的猜想之后，教師再結合實驗，進行全面性的分析驗證，貫徹理實結合的教學原則，事半功倍地幫助學生理解物理概念.

2.3 設計探究活動，注重思維發(fā)展

物理具有實踐性的特點，許多概念知識可以通過實驗探究的形式完成.教師應當通過設計探究活動的教學形式，讓學生在實驗中不斷驗證自己所學的知識，與同學積極討論交流.由此，學生在討論中可以分享學習心得，合理的反饋能促進教師的反思，教師精準的點評也能有效發(fā)展學生的科學思維.

首先，在組織實驗教學時，教師應當讓學生主動參與實驗設計、收集證據(jù).要求學生按照實驗規(guī)范使用器材，誠實收集證據(jù)，不隨意加以修改.

例如 以“杠桿平衡條件”的教學為例，教師可以將實驗的主動權發(fā)放給學生，并準備好移動設備，做好教學觀察和教學監(jiān)督工作，記錄學生實驗的每一處細節(jié).如果學生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，可以通過視頻回放的方式，找出問題癥候，并加以改正.比如，學生通過實驗，將動力F₁、阻力F₂、動力臂L₁、阻力臂L₂整理成表格的形式.但通過計算數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不符合課本中定義的“杠桿平衡條件”的概念.此時，通過回放視頻，明顯觀察到實驗過程中存在斜拉彈簧測力計的問題.由此，通過發(fā)現(xiàn)問題、修正問題的實驗探究過程，可以讓學生在實踐中學習，強化對“力臂”概念的深度理解.同時，也能讓學生養(yǎng)成實事求是的學習態(tài)度，強化解決問題的綜合能力，促使學生的思維水平由低階向高階發(fā)展，逐漸培養(yǎng)出優(yōu)秀的科學思維^[4].

其次，學生在實踐探究的過程中，可以參考其他學科的研究方法，對物理概念進行綜合論證.

例如 數(shù)學學科的“數(shù)據(jù)分析與整理”課程對于學生物理分析能力的提升具有積極性的影響作用.通過分析實驗數(shù)據(jù)的和、差、積、比值等不同的關系，可以幫助學生從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)物理量的規(guī)律.以“通過導體的電流與電壓之間的關系”這個探究活動為例.學生可以準備兩個導體甲、乙，通過歐姆定律實驗，驗證電流與電壓之間的關系，并將其繪制成圖，進行分析歸納.比如，在同一直線中，U-I圖象屬于什么函數(shù)？同一導體中，如果兩端電壓不斷增大，通過導體的電流會發(fā)生什么變化？與電壓有什么樣的數(shù)據(jù)關系？同一道題中，電壓與電流的比值如何？不同導體中，電壓與電流的比值如何？由此，學生通過數(shù)學學科的數(shù)據(jù)分析知識，可以對以上探究問題進行綜合驗證.并根據(jù)準確的計算結果，深入剖析實驗現(xiàn)象.讓學生的思考過程做到有理有據(jù)，推動學生科學思維能力的成長.

2.4 建構概念體系，掌握思維方法

若想在學生的腦海中形成概念，教師需要幫助學生掌握建構概念的思維方法.對此，教師需要重視學生獲取知識的過程，并通過以下幾種方式加以教學引導.

2.4.1 歸納法

歸納法需要學生結合實驗課程、生活經(jīng)歷，針對某些真實的物理現(xiàn)象，進行綜合性地分析、概括，從中提煉出準確的物理概念^[5].

例如 光的反射與折射兩種物理概念，屬于生活中常見的自然現(xiàn)象.教師可以結合學生的生活認知，對這兩項物理概念進行歸納總結.再比如，密度、比熱容、電阻等物理概念主要描述了某種物質的特性，通常需要物理實驗加以驗證，在分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的過程中，得出對應的結論.

2.4.2 類比法

如果有兩個不同的事物存在相似的屬性，可以通過這種研究方法剖析與該事物有關的物理概念.在類比的過程中，學生會自然而然地鍛煉自身的聯(lián)想思考能力.

例如 電流與電壓這兩個概念相對比較抽象.若通過類比的方式，將“電流、電壓”與“水流、水壓”等價代換，就能從更為形象的角度幫助學生理解這兩個電學名詞的概念.再比如，當學生學習到“功率”時，可以類比“速度”這個名詞，因為二者均有表示快慢的意思，可以幫助學生迅速完成知識遷移，理解“功率”的意思.

2.4.3 對比法

對比法與類比法比較相似，需要將研究的事物和其他事物相互比較，以凸顯研究事物的本質屬性.

例如 針對光學課程中的“虛像”與“實像”，如果對比二者的形成原理、實驗現(xiàn)象，辨析二者的差異性，可以促進學生的深度思考.再比如，針對力學課程的“質量”與“重力”，以及“重力”與“壓力”.同樣可以對比概念，找出其中的相同之處和不同之處，分析二者之間如何進行合理的轉化.通過這種方式，不僅能幫助學生更好地理解物理概念的內涵，也能將知識適當外延，為學生構建良好的知識體系，促進科學思維的生成.

3 結語

以概念為基礎，全面發(fā)展學生的科學思維，有助于物理的深度學習.教師要合理運用多種方式，為學生搭建科學的思考體系，鼓勵學生通過推理、類比、論證等多種方式建構概念，對知識點展開全面論證.這可以幫助學生對物理知識加深理解，將其遷移內化，建構科學思維，有效發(fā)展學生的核心素養(yǎng).

參考文獻：

[1]柳怡.構建物理概念 培養(yǎng)科學思維——以“電阻”教學為例[J].物理之友，2023，39（04）：32-35.

[2]陳浩榮.面向學生科學思維發(fā)展的概念教學設計——以初中物理“電壓”為例[J].中學物理，2023，41（04）：34-36.

[3]杜想平.基于學生科學思維培養(yǎng)的初中物理概念教學[J].學周刊，2023（06）：88-90.

[4]羅隆飛.基于學生科學思維培養(yǎng)的初中物理概念教學[J].中學理科園地，2022，18（06）：63-64.

[5]陳月英.基于科學思維談概念建構的基本方法——以“力臂”概念教學為例[J].中學物理教學參考，2021，50（33）：46-48.