高中物理教学中培养学生科学思维能力策略研究

李懋仕

摘 要：以核心素养为导向开展物理教学，需要教师革新理念、变革教学方式、整合教学资源等来丰富物理课堂，同时也要注重学生科学思维能力的培养，让学生的学习更具活力。文章以高中物理为研究对象，简述了科学思维，分析了科学思维的组成要素，讨论了培养学生科学思维能力的意义，同时指出当下物理教学中存在的问题，最后结合具体案例对如何将学生科学思维能力的培养落实到位进行了深入研究，期望在有效策略的推动下促进学生科学思维能力的发展，为他们日后的学习打下基础。

关键词：高中物理；科学思维能力；培养策略

新课标明确了物理四大核心素养，科学思维就是其中之一，而且是学生其他素养发展的关键，对学生的科学态度的形成、物理观念的树立、责任意识的发展起到了支撑作用。同样，科学思维也是高中物理教学的难点，需要教师从思想上重视起来，付诸行动。基于促进学生的全面提升与发展，在对科学思维内涵、落实路径分析的过程中，要重新审视当下的物理课堂现状，通过有效指导，让学生关注自我综合素养的发展。作为学生，要根据客观事实，以严谨的态度面对各类问题，这样才能形成严谨的科学思维，为成长与发展打下坚实的基础。以科学思维能力为指导加强对物理教学的分析与研究非常重要。

一、科学思维概述

科学思维是物理核心素养内容之一，包含认知动机、方式、品质等，通过归纳、抽象、概括等方法形成初步的概念，更好地对建构模型中的重要思维进行全面展现。可见，确立科学思维内容、深挖科学思维内涵，对学生科学思维能力培养的研究非常重要。从科学思维自身属性来看，需要学生结合所学知识和以往经验，对物理模型进行概括，将其作为推理论证的一种方法，再根据事实证据、科学推理等对相应观点进行批判性接纳，最终将最具价值的方面展现出来。所以，从总体来看，科学思维强调学习者本身从自身认知、以往经验出发，对客观事物进行分析，不但要迎难而上也要在探究中更好地认识自己。

物理是一门结合经验、借助模型建构对抽象物理概念进行科学推理的学科。科学思维作为物理核心素养的内容之一，通过建构模型，抓住事物矛盾，探寻事物本质，从特殊模型到一般模型推理，促进学生科学推理与逻辑论证的形成，最终形成自己的物理思想[1]。

二、高中物理科学思维组成要素

（一）模型建构

模型建构是学生物理科学思维发展的基础。从本质来看，模型建构是思维方式的一种，它向学生介绍了物质本质特征。模型建构即利用模型事物对抽象事物进行展现。为了建构物理模型，学生需要把握住研究对象的本质，通过简化、概括性地处理把握事物规律。

（二）科学推理

科学推理包含的范围比较广，如类比推理、演绎推理、归纳推理等，都是根据某些科学判断得出其他的判断。加强对学生科学思维能力的培养，不仅可以改变学生当下的物理学习现状，还能提升他们的物理学习效率。

（三）科学论证

科学论证指的是利用证据对待研究的科学问题进行论证，以建立起证据和观点的某种关系，利用证据反驳他人的观点。通过组织学生开展科学论证活动，可以让学生对物理原理、现象的把握更深刻，同时有助于培养学生的证据意识、严谨的科学态度[2]。

（四）质疑创新

质疑指的是在对某个对象进行分析的过程中提出新的问题。科学推理和论证是质疑的重要一环，质疑的结果就是建立新成果的过程。创新则是根据当下的成果，通过分析与研究提出新的结论。质疑和创新是不容分割的，在物理学习中，通过教师理念的优化，教学模式的创新，鼓励学生质疑，可以提升学生的质疑能力，培育学生的创新精神。

三、在高中物理教学中培养高中生科学思维能力的意义

在高中阶段的学习中，学生面临着高考、课业繁重压力的挑战，学习压力大。物理知识点多且抽象，学生难以准确把握，以致他们的物理学习兴趣不浓厚。科学思维的培养，可以让学生从宏观视角看问题，这样复杂的理论知识就有了解决的路径，同时帮助学生树立物理学习的自信心。

（一）为学生物理学科学习打好基础

以科学思想为指导，对物理教学内容进行规划，可以优化学生的物理思维，有助于实现物理资源的有效整合，让学生在学习中对熟悉的课程与教材开展深入的分析。在学生遇到问题的时候，可以运用科学思维开展探索。学生对物理知识的探究欲望，需要学生具备独立思维，需要学生具备批判性的理解和判断，这样才能更好地超越自我[3]。

（二）促使学生发散思维

学生科学思维的发展不仅有助于物理学习，同样可以让学生从多个角度进行思考，打破思维定式。以科学思维解决问题，还可以切换角度对内容、方法进行探索，整体探究有一定的创新性、灵活性，可以完成对科学思维方法的系统化处理，让学生对物理学习瓶颈进行深层次突破，以促进学生发散思维能力的提升。

（三）让学生掌握好的学习方法

良好的学习方法是促进学生深入学习的关键。物理学習需要思维判断，生搬硬套的方式很明显无法让学生应对复杂的、综合性的问题，所以在学生的物理学习中，教师指导他们从物理角度对事物做出判断与分析非常重要。

（四）物理学科的要求

从宏观视角来看，新课标更强调学生综合能力的发展，不但要掌握基础知识，更要通过探索具备一定的意志品质和关键能力。在学生探究过程中，可以结合自己的理解对物理知识进行整合与分析，而学生科学思维的发展，可以让他们的信息整合渠道更广泛，可以让他们在问题解决中更高效[4]。

四、传统高中物理教学中存在的问题

（一）理念落后

受到应试体制的影响，教师教学的重点就是将书本知识传递给学生，很少了解学生的学习情况。随着人才市场竞争压力的不断加大，如若学生不具备一定的学习力、思维力，就会降低他们的学习效果，还会影响他们的学习信心。随着教学改革的发展和渗透，虽然这种情况有所减少，但依然有很多教师未意识到学生科学思维能力发展的重要性。在应试理念下，考试成了教师检验学生学习成果的标准，特别是在高中阶段，家长和教师视高考为学生改变命运的唯一路径，在这种观念的影响下，学生的科学思维能力势必不会得到重视。而且过分关注成绩，也会在无形中加大学生的压力，阻碍他们成长与发展。

（二）教学手段单一，忽视与现实的联系

在当下的物理教学中，教师往往都是以教材为依据开展教学，导致整个课堂沉闷、枯躁，难以激发学生的学习兴趣。这种单纯的知识教学，不仅难以引发学生的兴趣，还会让学生产生厌烦心理。而且在物理教学中，教师按照章节开展讲解，忽视了知识的联系，这样学生掌握的知识是零散的，无法整合知识解答实际问题，也无法将所学用于现实问题解决中去[5]。

（三）课堂反馈不全面

高质量的教学是师生合作完成的，在开展教学中或者考试完后，教师不但要检验学生的学习成果，更要对学生开展评价，让他们全面地了解自己。但高中学习压力大，学生课业负担重，教师根本没有时间对课堂的教学情况进行反馈，只是指出问题和不足，没有对学生表现优秀的地方给予肯定。在这种片面性的课堂评价中，会让学生产生挫败感。在课堂反馈中，教师一定要认真对待，发挥反馈的积极作用，在肯定学生优秀部分的同时，适时指出不足，这样才能促使学生深入地学习。

五、以学生科学思维能力培养为目标的高中物理教学策略

核心素养是当下教学改革与优化的方向，科学思维则是核心素养的重要内容之一。作为教师，只有认识到学生科学思维能力发展的重要性，采取合理的方式开展教学，才能为学生科学思维的发展提供动力支持。

（一）让学生体会理想模型的建构过程

理想模型即理想模型法，通过构建模型简化问题，抓住关键点对问题进行理想化处理，抓住物理规律。为了形象、具体地对物理规律进行描绘，教师可以引入一些理想模型。而且新课标还对学生的模型建构能力进行了层次划分：一是说出最为常见的理想模型；二是基于真实环境建立常见的模型；三是运用模型解决问题；四是将简单问题转化为模型；五是将复杂问题转化为物理模型。在物理模型学习中，教师切忌直接给出概念让学生记忆，而是通过准备建模过程，通过设置问题将学生带入模型建构中来，在解决问题中了解建模的应用，感悟建模中的科学思维方法，为学生科学思维能力的提升奠定坚实的基础。文章以鲁科版物理知识点“速度和加速度”为例，对学生科学思维能力培养的三个过程进行了如下的分析。

1.经历建模过程，产生直观模型影像

课堂开始，为学生展示小轿车、火车、摩托车的初始时刻速度、可以达到的速度、启动所用的时间，提出问题“三种车辆速度随着时间的变化有什么规律”“不同类型的车运动速度有快、有慢，应该如何描绘物体运动速度的快慢呢？”经过学生的分析和讨论得出：要比较速度改变的快慢，必须在统一标准下进行。教师顺着学生的回答继续说道：找到统一的标准也就是要找到单位时间内速度的改变量，用物理术语来讲就是“加速度”。学生经历的模型建构过程，会在脑海中建立起“加速度”的清晰感受，为新知识的学习奠定基础[6]。

2.通过现象把握本质，提炼准确的观点

教师可以利用实验为学生展示物体的运动。利用打点计时器、纸带、细绳、刻度尺等是本次实验的重要材料，按照要求安装，然后为学生演示本次的实验（一共重复三次），而后以图像的方式将实验的纸带计数点的距离、时间间隔相等的计数点展现在屏幕上，让学生通过分析、计算求出物体运动的加速度。通过本过程的开展，学生对物体加速度的运动有了直观的感受，再通过对实验数据的分析，探索出物体的加速度。这样就可以促进学生科学思维能力的提升。

3.感悟思维方法，提升学生的知识迁移能力

在教学中构建理想模型，需要教师对模型中涉及的知识点开展分析，同时也需要学生领悟复杂问题的科学思维方法。在得出实验结论后，继续引导，推动学生科学思维能力稳步提升。

教师：在理想化模型的构建中运用了物理学中的哪些常用方法，前面是否出现过类似的

建模？

学生：匀变速直线运动、自由落体运动。

教师：本课突出了哪一种思想方法？

学生：化繁为简的方法，将物体运动看作匀变速直线运动，可以降低探究的难度。

在上述过程的教学中，不仅深化了学生对有关知识点的理解，还让学生的思维方式更科学、合理。

（二）引导学生开展类比推理

科学推理指的是根据一个或几个已经知道的结论推导新结论的思维方式。科学推理的方式有很多，最为常见的有演绎推理、类比推理。文章以类比推理为例，以“电压的作用”作为载体，从选择类比对象、把握各自属性、对比分析三个方面对运用类比推理培养学生科学思维能力的过程进行了分析。

1.确立类比对象，让学生初步感知具象思维

感知具象思维指的是直接接触的具体表象。在物理教学中，可以通過学生自主实验、教师实验这两种方式让学生感知。为了进一步强化学生的印象与感知，教师可以选择小组合作的方式，让学生开展“小灯泡通电、断电”的实验，通过实验现象的观察得出“电压让电路中形成电流，电源是提供电压的装置”的结论。为了让对电压、电流这种抽象概念理解得更深刻，教师可以将电压比作水压，将电流比作水流，提问它们存在哪些相同处？下面教师为学生演示“抽水机抽水的实验”，让学生清晰地观察水流的形成过程。通过上述实验过程的引导，通过学生的观察与分析，建立了感性具象思维[7]。

2.把握各自属性，建立抽象逻辑思维

文章所指的抽象逻辑思维是对抽象的概念进行判断的思维，是最为常见的一种思维方式。利用类比推理开展物理教学，可以在确保学生感性观察的基础上，分析现象背后的本质，通过合理判断、正确推理建立起抽象逻辑思维。例如，在上述的两次物理实验中，学生要对实验现象进行观察，对观察到的物理现象进行分析对比，通过这一过程让学生把握住两种不同事物的本质属性：抽水机—水压—水流；电源—电压—电流，将这六大概念印刻在学生的脑海中。同时，学生也要判断上述概念是如何对应相连的，通过分析、推理形成抽象逻辑思维。

3.对比分析，促进学生理性具象思维的形成

理性具象思维指的是在对物体感性观察上借助分析与综合，对事物本质把握的过程。这一过程也是学生逻辑思维发散上升到思维具象的过程。经过了上述两个环节，学生对实验现象、核心概念有了基本的把握，而后教师指导学生利用思维导图的方式对电流与水流的形成过程进行对比分析。很明显本过程开展的目的就是将学生可见的水流形成现象抽象为电流的形成过程，促进学生理性具象思维的升华。

（三）培养学生的证据意识

证据意识是学生探究物理规律不容忽视的素养之一，实验数据处理、结论得出都要以证据做依托。关于学生的证据意识，新课标将其划分为了五大层次：一是准确区分观点和证据；二是用证据阐述自己的观点；三是恰当地使用证据表达自己的观点；四是恰当利用证据证明自己的结论；五是考虑证据的可靠性，学会合理利用。培养高中生的证据意识，可以从如下方面着手。

1.提升学生对证据重要性的认识

证据是物理学科得以持续发展的支撑，也是学生科学思维发展的支点。在课堂教学开展中，为了强化学生对证据重要性的认识，教师可以引入物理学家的案例。例如，伽利略通过实验的方式推翻亚里士多德定律。近两千年来，人们都相信亚里士多德的“圣言”：重的物体比轻的物体下落得快。伽利略在做单摆实验的时候发现，单摆上系的轻重不同的石块，从最高点下落到最低点所用的时间是相同的。他对“圣言”产生了怀疑，断言不同重量的物体从同一高度同时下落，将会同时落地。为了证实这一点，伽利略利用斜面“冲淡重力”的办法做了著名的滚球实验，他用自制的“水钟”来测量时间，证实了不同重量的滚球在同一斜面上滚下的时间是相同的。发现斜面上的滚球在相等的时间间隔里通过的距离的比例是1：3：5：7……，这个比例同斜面的倾斜程度无关。他进一步推测，自由下落是斜面的一个极端情形，这些规律在自由落体中也应该成立，推翻了亚里士多德的结论，建立了科学的落体定律。寻找证据对科学研究的重要性不言而喻。这样学生就会认识到科学研究的重要性，而后在物理学习中也会树立起证据意识。

2.提升学生对证据的说理认识

证据说理是科学思维的一部分，也是学生思维展现的一种方式。在物理学习中，教师要为学生创造说理的机会。比如在“失重、超重”的学习中，教师组织学生开展了一次实验互动：将两本书的分页插在一起，而后提出问题“是否可以将两本书拉开”，很多学生通过反复的实验都没有成功。最后一名学生上来，通过迅速下蹲的方式将插在一起的分页拉开了，并解释道：“当物体在失重状态下，物体间没有压力，所以，书页间也没有摩擦力。”但很多学生不相信，又有很多学生开始尝试，依旧没有获得成功。就在大家陷入迷茫的时候，教师给予点拨：刚才这名学生表述的原理是對的，但却未拿出证据进行阐述。于是，教师带领学生开展了另一个实验，“在一个塑料瓶的四周扎几个眼，然后装满水将瓶子举高，大家可以看到水从四周喷射出来，而后提醒大家注意看，一松手，瓶子自由下落，但是水却不流了”。这时大家才明白了这名学生的讲述是正确的。

培养学生的证据意识，引导学生分析与思考，可以实现证据意识和物理教学的结合，对学生科学思维能力的发展有着重要的作用。

（四）引导学生质疑

一切科学探究的开始都源自学生的疑问，教师也要引导学生不断地质疑。质疑的产生分为两个方面：一是对知识理解不深，不能解决提出的疑问；二是观察到的现象不符合认知，对现有认知提出提问，这是值得提倡的。很多物理发现都是从质疑开始的，比如文章上述提到的伽利略的自由落体定律，就是在自己推理基础上对亚里士多德的观点产生怀疑，而后再通过实验进行论证。

（五）做好教学效果的评价工作

在当下的物理教学中，教师采取量化的方式对学生的物理学习开展评价，难以将评价的激励、改进功能发挥到位。以分数为主的评价忽视了学生的主观感受与个性表达，学生难以和大家分享自己的学习心得，这会阻碍学生科学思维的发展。面对这种情况，教师只有根据新课标的要求，建立起促进学生全面发展的评价机制，才能客观、合理地对学生的科学思维发展情况进行评价。为了提升本次评价的有效性，教师要把握好科学思维的内涵、本质及构成，对学生科学思维发展情况做出合理评价，将学生自身的潜能挖掘到最大。同时，在总结评价的基础上，教师更要将形成性、发展性的评价纳入整个评价体系中来，根据学生的学习反馈优化教学方法。关于评价的主体，更要引入学生自评、同伴互评，在大家的评价中让学生对自己有全新的认识，促进自身科学思维能力的发展。另外，教师也要加强对自身教学的反思，挖掘课堂内存在的问题，根据学生的反馈调整，以促进学生科学思维的发展。

结束语

综上所述，科学思维是现代人的必备能力之一。但是受到内外部因素的制约，在高中物理教学中培育学生科学思维能力还有很长的一段路要走，需要教师认真学习，具备一定的耐心和恒心，根据现实情况有效指导，如此才能提升学生的物理学习效率与质量。在核心素养导向下的物理教学中，学生科学思维能力的发展对他们来讲非常重要。为了将学生科学思维能力的培养落实到位，需要教师转变理念，积极优化课堂模式，采取合理的方法对学生开展针对性训练，为学生科学思维能力的提升奠定坚实基础。

参考文献

[1]王思琪，张勇.试谈以学生科学思维能力培养为目标的高中物理教学策略[J].学周刊，2023（4）：9-11.

[2]杨洪山.高中物理实验教学中促进学生创新思维发展的策略探讨[D].济南：山东师范大学，2011.

[3]姚恒美.新课程高中物理探究性实验教学实践分析：基于学生科学思维能力培养研究[J].中学课程辅导（教师通讯），2020（19）：35-36.

[4]谢书琴.高中物理实验教学中科学思维能力的培养策略探究[J].教育界，2022（30）：59-61.

[5]苟向东.注重探索过程发展科学思维：高中物理教学中科学思维的培养策略[J].学周刊，2022（15）：32-34.

[6]刘翠.高中物理学科核心素养科学探究教学中成长型思维培养策略[J].学生·家长·社会（学校教育），2019（11）：31.

[7]王茂星.核心素养理念下高中物理培养学生科学思维的有效策略[J].中华少年，2019（27）：174.