利用原始物理问题培养初中学生科学思维的策略

潘展鸿

摘   要：原始物理问题具有客观真实性、生态性、隐蔽性、迁移性和开放性特点。解决原始物理问题的思维过程有利于学生科学思维的培养。阐述原始物理问题的科学思维培养功能，并提出利用原始物理问题培养初中学生科学思维的四点教学策略：原始物理问题的选择要适应学生的“最近发展区”;创设问题情境，促进问题的正确表征;注重引导，合理建模;培养求异思维，克服思维定势。

关键词：科学思维;原始物理问题;培养策略

科学思维是指具有意识的人脑对科学事物（包括科学对象、科学现象、科学事实等）的本质属性、内在规律及事物之间的相互联系和关系的间接与概括的反映[ 1 ]，它是物理学科核心素养的内容之一，包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。初中阶段是学生物理学习的起始阶段，也是学生思维发展阶段，因此如何培养学生的科学思维是值得我们思考的。

原始问题是指自然界及社会生活、生产中客观存在、能够反映科学概念、规律本质且未被抽象加工的典型科学现象和事实[ 2 ]。原始物理问题是来自我们生活实际的问题，它与习题最大的不同就是没有经过抽象处理，真实反映客观实际，它是物理现象的载体，具有客观真实性、生态性、隐蔽性、迁移性和开放性等特点[ 3 ]。解决原始物理问题需要经历表征问题，科学建模，演算与推导三个思维过程，对学生科学思维培养具有促进作用。

1  原始物理问题的科学思维培养功能

1.1  从具体到抽象，促进认知水平发展，提高模型建构能力

解决原始物理问题，需要学生将物理现象简化为物理模型，这个过程主要运用了抽象的思维方法。因此，原始物理问题能为学生提供从具体到抽象的思维训练的平台，要求学生会根据研究的任务、目的抽象出现象的本质和特征，会舍弃次要的细节和非本质的因素，简化问题，最终实现由实际问题向物理模型的转化[ 3 ]。模型建构过程，学生思维在由具体到抽象的过程中发生认知冲突，最终促进其认知水平的发展，提高学生的科学思维能力。

1.2  内化科学法，提高分析综合能力，培养科学推理与论证

物理科学方法是指研究物理现象、描述物理学现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的各种手段与方法。在解决原始物理问题的过程中，学生在教师的指导下，学习运用分析、综合、抽象、概括等科学方法，将来自现实生活中信息庞杂的原始问题进行加工、梳理，再运用类比、假设、等效模型等科学方法，将问题转化为合理的物理模型进行研究。有利于学生理解内化科学方法，并能有意识地运用这些方法进行科学推理与论证，从而发展科学思维。

1.3  不断质疑，发散思维，培养创新意识

原始物理问题具有客观真实性、生态性、开放性等特点，决定了其问题解决的过程必定是具有探索和创造性。当学生面对一个信息庞杂的原始物理问题时，他找不到可以借鉴和效仿的原型，只能通过自己独立思考，不断质疑尝试，发散思维，从多角度对问题进行探究，再收敛思维探索出最佳的解决问题的角度[ 3 ]。在这个过程中，学生不再受一些具体的框框条条的“指导”，他们的思维进入非线性的耗散结构状态，不断地创新思维，不断地深化和提高科学思维能力。

可见，解决原始物理问题过程 ，也是进行模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新的科学思维过程 ，因此在教学中可以有效利用原始物理问题，培养学生的科学思维。

2  初中物理教学中引入原始物理问题的策略

2.1  原始物理问题的选择要适应学生的“最近发展区”

在教育过程中把握“最近发展区”，有利于加快学生的思维发展。因此我们在教学中引入原始物理问题时，一定要注意学生的“最近发展区”，选择的原始问题应是在学生原有知识和经验基础上，但需通过进一步的分析、探究才能解决的问题。这样的问题才能促进学生认知的发展，并能激发学生求知欲，调动学生学习的积极性和主动性，从而促进思维能力的培养。

2.2  创设问题情境，促进问题的正确表征

初中生正处于从具体的形象思维向抽象思维过渡的时期，直观形象的问题情景，或学生的切身体验，都有利于学生对问题的理解，形成正确的表征。

（1）联系学生生活实际创设问题情境

日常生活和劳动经常会遇到许多需要解决的物理问题，这些来自生活实际的原始物理问题，从学生经验出发，容易形成表象，有利于学生表征问题。选择学生身边的原始物理问题，也会让学生感受到学习物理是有用的，从而激发学生留心观察身边的物理问题，主动地用物理知识去解决这些问题，不知不觉中内化了知识，发展了思维能力。

（2）利用物理实验创设问题情境

大部分物理概念和規律都是科学家们通过大量的实验探究分析归纳而获得的。因此，物理实验就是最好的原始问题的情境，它具有客观真实性，增加实验的体验，能丰富学生的感性认识，丰富学生的直接经验，有利于问题的表征。

同时学生在实验过程中，需要不断地运用科学思维进行实验设计、数据分析、结果评估，它也是科学思维的训练过程。因此在平时教学中，应增加学生实验。

（3）利用多媒体辅助教学展现问题情境

利用现代教育技术和多媒体手段展示各种图片、视频录像、物理课件等，能较好地把学生平时不注意或不易观察到的物理现象重现，把原始物理问题情境直观化，为学生提供丰富可视物理信息，使学生获得直观认识，帮助学生表征问题，建立物理模型，解决问题。

2.3  注重引导，合理建模

初中学生的模型抽象能力比较薄弱。因此创设原始问题情景后，要引导学生分析哪些是有用的信息，哪些是干扰信息，介绍模型构建的方法。学生不但能深刻了解物理问题的本质，还学习了分析问题的科学方法。教学中也可有意识地让学生对生活中的一些物理现象进行抽象简化建立模型，提高学生的建模能力，促进思维能力的发展。

2.4  培养求异思维，克服思维定势

思维定势是指在问题解决的过程中作特定加工方式的准备，它在问题解决过程中一般起限制作用，它限制着形成假设的范围，并使所有尝试的问题解决方法固定化[ 4 ]。克服思维定势的方法就是要培养学生的求异思维，也叫“发散思维”，它是指从一个目标出发，沿不同观点的途径去思考，探求多种答案的思维，它是测定创造力的主要标志之一。物理教学过程是一个认知的过程，在解决原始物理问题教学过程中我们可以有目的、有计划地训练学生的发散思维能力，巧妙地设疑，引导学生多角度思考问题，多渠道解决问题。

3  初中物理教学引入原始物理问题实例——“流体压强与流速的关系”教学片断：探究飞机的升力

本段教学是学生通过实验探究获得流体压强与流速关系的规律后对这一规律的应用。分两部分，第一部分实验探究机翼形状，即建立模型，第二部分理论分析升力的产生。

师：展示图片空客380。这是一架“空中巨无霸”，重580吨，人类是如何让这一庞然大物翱翔天空，奥秘就在于它的机翼。大家有观察过飞机的机翼吗？它的横截面的形状是怎样的？

生：猜想机翼的形状：长方形、上凸下平、上平下凸

师：通过“升力演示器”模拟风洞实验分别演示三种形状机翼飞行

生：通过以上实验可知上凸下平形状的机翼才能升起来。

师：为什么机翼横截面的形状是上凸下平的？（引导学生利用所学的知识进行分析。）

生：当飞机飞行时，与周围空气发生相对运动，迎面吹来的气流被机翼分成两部分（如图1），相同时间内机翼上方通过的曲线路程比下方直线路程长（s上>s下），空气上方速度比下方速度大（v上>v下），根据本节所学的规律，可知机翼上表面气流压强小于下表面压强，上下表面受到的气体压力不同，产生了向上的压力差，这就是把飞机托向天空的升力。

师：先点评学生的分析，并总结升力是气流对机翼产生的向上压力差。

师：介绍风洞实验。飞机在研究制造时都要進行风洞实验，将飞机固定地上，风洞中人为制造各种气流，模拟飞机空中的飞行情况，从而获得研究数据。

分析：问题选择适应学生“最近发展区”。利用图片创设情境，帮助学生表征问题。实验探究增加学生体验，丰富感性认识，有利于建立物理模型。引导学生科学思维，通过观察、比较、分析，最后归纳出结论。学生通过同化和顺应，认知达到新的平衡，内化知识，锻炼了思维，还扩展了知识结构。

综上所述，初中生正处在思维发展阶段，也是科学思维形成和发展的阶段。在教学中有计划地、有目的地渗透原始物理问题，有助于促进学生认知水平的发展，提高学生抽象思维能力，有利于发散思维，培养创新意识，发展学生科学思维能力，提升学生的物理学科核心素养。

参考文献：

[1]普通高中物理课程标准修订组.普通高中物理课程标准（2017年版）解读[M].北京： 高等教育出版社，2018：50.

[2]邢红军，陈清梅.从习题到原始问题：科学教育方式的重要变革[J].北京：课程·教材·教法，2006（1）：56-60.

[3]王静，邢红军.论原始物理问题的特性及其教育功能[J].河南：平顶山师专学报，2004（5）：96-98.

[4]张大均.教育心理学[M].北京：人民教育出版社，2008：197.