从高考物理试题看科学思维素养的培养

摘要：高考物理考查的五种能力是物理学科素养的具体表现，其中推理、分析与综合等思维能力是科学思维素养的核心内容.结合对高考物理试题中科学思维素养考查的分析及教学实践中的不足，在学习理论的指导下，提出了培养学生科学思维素养的教学策略.

关键词：科学思维；物理模型；教学策略

作者简介：谭国武（1976-），男，湖南岳阳人，研究生，中学一级教师，研究方向：高中物理学科教育.

高考物理试题着重考查考生的知识、能力和科学素养，注重理论联系实际，注意物理与科学技术、社会和经济发展的联系，注意物理知识在生产、生活等方面的广泛应用，以有利于高等学校选拔新生，并有利于激发考生学习科学的兴趣，培养实事求是的科学态度，形成正确的价值观，促进三维课程目标的实现.高考物理在考查知识的同时，注重考查能力，并把对能力的考查放在首要位置[1].

1从高考物理试题看科学思维素养的考查

高考考查的能力，有对概念与规律的理解能力、推理能力、分析与综合能力、应用数学处理物理问题的能力、实验能力.五种能力是物理学科素养的具体表现，其中对概念与规律的准确深刻理解，是科学思维素养培养的知识基础，推理、分析与综合等思维能力，是科学思维素养的核心内容.近三年高考全国Ⅰ卷物理试题中科学思维素养的体现见表1所示.

从试题分析来看，解决物理问题需要用到多种不同的思维方法.物理模型建构、推理论证、分析综合的能力与解复杂方程组的能力的形成，还需要思维方法上的训练，否则难以有效地提升能力.因此，在教学中，既要注重概念与规律的理解，也要注重思维方法的指导与思维能力的训练.

2思维能力培养中出现的问题及其原因分析

日常教学中，尤其是高三复习备考，在第一轮复习中，教师一般会按章节复习知识点，以教辅资料为主安排练习题.从学生学习的角度来看，一般会先跟随老师复习知识点，然后做练习，第二天听老师讲练习，再复习知识点做练习，如此循环.在二轮复习中，一般按专题复习，学生在老师的带领下一起归纳总结专题知识的网络，然后做练习讲练习.就笔者所观察与了解到的情况，许多学校的高三物理复习基本上都是这个模式.这个模式看起来中规中矩，没什么问题，但总有不少学生表现出思维能力差，解题时思维混乱，速度慢且准确率不高.

前文所述常规教学模式，灌输与机械训练多于学生的自主建构.思维能力在知识建构与问题解决中得到训练，并服务于问题解决.而推理、分析与综合均是有章可循的，尤其是物理问题解决中，方法更是必不可少.没有经过合理设计的、有方法指导的思维能力训练，导致学生虽然大量做题，但思维能力提升缓慢.

3科学思维素养培养的教学策略

教学的有效性离不开科学的学习理论为指导.根据建构主义学习理论，学生不能将来自于外部世界的知识迁移到记忆中，只能基于个人的经验和社会互动来建构自身的解释.也就是说，知识是通过学习者主动建构得到的，而不是通过灌输而来.通过灌输记住的知识，并不能被学生真正理解而灵活运用.根据奥苏贝尔的认知同化理论，学习就是学生用已有认知结构中与新知识最有联系的旧知识去“同化”新知识的过程，是利用已有知识把新知识与旧知识建立起联系的过程.同化的结果导致原有认知结构发生变化，新知识获得了新的意义，也使得原有知识获得新的意义.认知负荷理论认为，任何形式的教学都会引起三种类型的认知负荷：外在认知负荷（教学设计引起的）、内在认知负荷（材料引起的）与有效认知负荷，而认知资源有限和工作记忆容量有限，要尽量减少外在认知负荷，增加有效认知负荷和内在认知负荷可用容量，尽可能使得认知负荷低于工作记忆容量，使学习活动更加易于进行.

31策略之一：以物理模型为核心的研究性学习

思维能力在知识建构与问题解决中得以形成与提升.高中物理知识从内容来看，可以归类为多种物理模型，包括对象模型、状态模型、过程模型、问题模型等.而且构建物理模型是物理问题解决中常见的科学思维形式.科学思维素养培养的策略之一，就是以各个物理模型为核心，进行由简到繁、循序渐进的、支架式的研究性学习.教师提供的支架，可以以问题的形式出现，为学生研究性学习指明方向，降低学习的难度.在研究性学习的过程中，要特别注意理清问题的因果关系.如果将物理模型比作生物的骨架，那么与模型相关的各种典型运用就是血肉，概念、规律就是神经系统，由简入繁的研究性学习过程，就是生长的过程.以物理模型为核心的研究性学习，是一种自主建构，是旧的认知结构向新的认知结构进化的过程.

下面以匀加速直线运动为例，进行以物理模型为核心的研究性学习方案设计（见表2）.

32策略之二：推理論证方法的专题训练

对物理解题中推理论证的方法常用的有函数法、排除法、假设法（包含特殊值代入、极端法、估算法等）、类比法（包含对比）、等量关系法、因果关系法等.推理论证的方法专题训练，可以采用样例学习的方式，给学生提供包含详细分析过程的学习样例，并且提供问题支架，让学生通过样例学习与回答支架问题，领会推理方法.再通过一定数量的练习，掌握推理方法.

33策略之三：物理问题解决方法的专题训练

问题解决的过程，是一个从问题初始状态，经过推理、分析、综合等一系列思维操作，达到问题得到解决的目标状态的过程.物理问题解决的第一步，从物理情境中确定研究对象，构建物理模型，明确已知条件；第二步，从对象的初始状态与已知条件出发，依据物理规律分析状态变化的过程；第三步，根据要解决的问题寻找未知信息与已知条件之间的关系，综合运用这些关系求解.问题解决方法训练的教学，可以使用样例学习，并且以自我提问与自我解释的方式来增加问题解决的正确性.

34策略之四：注重拓展型作业的应用

要注重物理知识应用于实际生活，注重拓展型作业的应用，包括探究实验、科技小制作、观察、调查、体验、讨论或辩论、自编习题、主题写作等形式.拓展型作业不仅能有效培养学生科学思维的能力，能检验知识理解的准确性，还能培养学生科学探究的能力与良好的科学态度与责任感，以及激发学生的学习兴趣.

参考文献：

[1]教育部考试中心 2018年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2018.