核心素养视域下培养学生物理科学思维的实践与探索

【摘要】科学思维指的是运用科学的方法解释现象、探索知识以及解决问题的思维方式。文章主要探讨核心素养视域下培养学生物理科学思维的实践。

【关键词】初中；物理；科学思维；核心素养

作者简介：曹旭凤（1975—），女，江苏省南通市竹行中学。

当前，培养学生的科学思维已成为教师的重要任务。作为自然科学的基础学科之一，物理学起着十分重要的作用。教师应该积极运用不同的教学方法和策略，引导学生学习，使学生的物理科学思维得到全面发展。

一、建构模型

（一）类比法

为了引导学生更好地理解和掌握科学思维，教师可以将认知心理学理论与教学实践相结合。类比法是一种有效的认知心理学策略，它能够帮助学生温故而知新，从而深化学生对新知识的理解。

以苏科版物理九年级上册“电流和电流表的使用”这一课的教学为例，此课主要的教学目标是帮助学生理解电流的概念以及测量电流的方法，类比法可以在这个过程中起到关键的作用。为了帮助学生理解电流，笔者把电流比作正在流动的河水，把电流表比作用来测量河流流量的设备。笔者先让学生了解“电流是由电子在导线中移动而产生的，就像河流是由水在河道中流动而形成的”，以此帮助学生理解电流的本质。紧接着，笔者引导学生理解电流的测量原理，从而引入电流表的使用。笔者把电流表类比为一个在河流中放置的水轮—当水从水轮流过，水轮会转动，其转动的速度与水的流量正相关；同样，当电子流过电流表时，电流表指针的偏转越大，说明电流越大。

类比法在培养学生科学思维的过程中扮演着重要的角色，它不仅可以帮助学生更深入地理解新的物理概念，而且可以提高学生学习物理的兴趣。在“电流和电流表的使用”一课中，笔者通过电流与河流、电流表与水轮的类比，有效提高了学生的思维能力。

（二）虚拟法

虚拟法是指教师将学生带入一个虚拟的情境中，让学生发挥想象力理解所学内容。学生可以利用模拟能力和想象力，将抽象的物理概念转化为具体的事物，从而增强对概念的理解和记忆［1］。

以苏科版物理九年级下册“磁体与磁场”一课的教学为例，为了帮助学生理解磁体与磁场的概念，笔者运用虚拟法引导学生进行探索。首先，笔者引导学生通过想象建构一个虚拟的情境，即想象自己是一块小磁铁，身上有着磁性。其次，笔者引导学生思考以下问题。当两个磁体靠近时会发生什么？当磁体与其他物体接触时会有什么变化？通过思考，学生可以发挥想象力，想象磁体与磁场的相互作用。再次，笔者设计实验活动，准备若干小磁铁和小的物品，让学生观察小磁铁与物品之间的相互作用。最后，学生通过实验可以亲身体验磁体的吸引和排斥现象，进一步加深对磁场的理解。

虚拟法不仅能够帮助学生建立与知识的联系，还能够培养学生的观察能力、逻辑思维能力和想象力。教师科学运用虚拟法培养学生的科学思维能力，能够让学生在物理的学习和探索中获得更多的乐趣。

（三）实验法

实验法具有激发学生的科学探索精神和活跃学生思维的作用。教师运用实验法，让学生直接参与到科学实验中探索物理知识的规律，可以让抽象的物理原理变得生动有趣、易于理解。

以苏科版物理八年级上册“运动的相对性”一课的教学为例，此课需要学生理解运动是依赖于参照物而言的。笔者在教授这一概念时，引导学生做一个简单的实验，让一个学生在跑道上原地踏步，让另一个学生在跑道上跑步前进。此时，笔者提问围观的学生：“现场的两位同学是否在移动？”学生可以清楚地观察到，对于站在操场上的观察者来说，跑步前进的同学在移动，而原地踏步的同学则没有移动。紧接着，笔者引导学生：“我们换个角度思考问题，把操场看作移动的，如同地球在自转，那么原地踏步的同学是否也在移动？”通过实验法，学生能以直观生动的方式理解并掌握抽象的“运动的相对性”。

作为物理教师，需要引导学生对实验结果进行批判性思考，并引导学生把实验观察的结果转化为科学的理论，从而培养学生的科学思维。

二、推理论证

（一）数据分析

数据分析包括数据收集、整理、解读以及提炼，目的在于找出数据之间的关系和背后的规律。数据分析能够培养学生的观察能力、推理能力以及解决问题的能力，同时也能够帮助学生深刻理解物理概念［2］。

以苏科版物理八年级下册“力与运动的关系”一课的教学为例，笔者设计小车从高处滑下的对比演示实验，引导学生研究阻力对物体运动的影响。首先，笔者将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下。在这个过程中，学生需要记录小车在木板上滑行的距离。其次，笔者拿掉木板上的棉布，让小车再次从斜面顶端由静止滑下。在这个过程中，学生也需要记录小车在木板上滑行的距离。再次，笔者让学生比较小车两次在木板上滑行的距离，思考阻力不同时小车的运动情况会有什么不同。最后，学生分析实验的数据得出：拿掉木板上的棉布，运动的小车所受的阻力减小，向前滑行的距离变大。因此，力是使物体运动状态改变的原因，物体受力平衡时，将保持静止或者匀速运动的状态；物体受力不平衡时，其运动状态会发生改变。

数据分析是培养学生科学思维的重要方法之一，教师应该重视培养学生的数据分析能力，帮助学生发现物理规律、发展科学思维。

（二）分析与综合

分析与综合是重要的科学研究方法。通过分析与综合，学生能够深入探索和理解尚未被解释的现象，并借助已有的理论和实验数据提出合理的解释。此外，分析与综合促使学生综合考虑影响事物变化的不同因素，并寻找它们之间的关联，为学生解开未知的谜团提供突破口。

以苏科版物理八年级下册“物体的浮与沉”一课的教学为例，笔者引导学生运用分析与综合的科学研究方法。首先，笔者提问学生：“将不同物体放入水中时，有的物体会浮在水面上，而有的物体则会沉入水底。为什么会出现这样的现象？”学生可以运用阿基米德原理解释这一现象。根据阿基米德原理，浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于被物体排开的液体所受的重力，物体排开液体的体积越大、液体的密度越大，物体所受的浮力就越大。其次，笔者告诉学生：“仅以密度来解释物体的浮与沉现象还不够完整，我们还需要考虑物体的形状和体积。例如，一个体积比较大且形状规则的物体，即使密度较大，仍然可以浮起来。这是因为物体的体积比较大，排开的液体足够多，生成的浮力能够抵消物体的重力。”最后，学生通过分析与综合的科学方法，联系理论与实际，深入了解物体的浮与沉现象，并有了更多的思考。

（三）定性定量分析

在解决实际问题方面，定性定量分析尤为重要。通过定性定量分析，学生可以更好地理解问题的本质，并寻找解决问题的方案。定性分析可以帮助学生观察和描述事物的特征，如物体的形状、颜色、属性等；定量分析可以帮助学生将物体的特征量化为数值，以便进行比较、分析和推论。

以苏科版八年级上册“物态变化”这一章的教学为例，笔者引导学生运用定性定量分析的方法。首先，在研究水的沸点变化与海拔高度的关系时，笔者引导学生收集在不同海拔高度下，水的沸点数据，并绘制成图表。通过观察数据，学生可以认识水的沸点随着海拔高度的增加而降低。其次，为了引导学生进行定量分析，笔者引导他们将不同海拔高度下的水的沸点转换为绝对温度，然后绘制不同海拔高度所对应的水的沸点的绝对温度统计图表。最后，学生可以分析水的沸点与海拔高度之间的关系，从而解决问题。

教师通过引导学生学习和应用定性定量分析的方法，能够培养学生的科学思维，从而让学生独立思考并解决实际问题。

三、有效提问

（一）有针对性地提问

提问的核心在于提出有针对性的问题，以便深入了解现象并揭示其背后的原理。

以苏科版物理八年级上册“光的折射”这一课的教学为例，笔者通过以下教学案例让学生更透彻地理解此课的知识点。首先，笔者引导学生观察光从空气射入水中的现象。学生观察到当光垂直射入水中时，传播方向不变，但当光斜射入水中时，传播方向会发生偏折。其次，笔者提问学生：“为什么光在空气和水之间传播时方向会发生偏折？”最后，学生认识到，光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象叫作光的折射。

提问能够帮助学生深入思考现象背后的原理，激发学生的好奇心和求知欲，使学生主动提出问题与思考问题。通过提出问题和追根溯源，学生可以更好地理解物理现象。教师应该科学提出问题，让学生深入思考并发现物理问题的本质，从而培养学生的科学思维。

（二）整合性提问

教师应整合性地向学生提出问题，促进学生科学思维的发展。在物理学科教学中，教师整合知识点提出问题，引导学生对问题进行深入思考，不仅能够让学生从不同的角度探索问题，还能够培养学生的观察能力、实验能力以及推理能力。

以苏科版物理九年级上册“机械能与内能的相互转化”这一课的教学为例，笔者引导学生从不同角度考虑有关问题，并探讨不同问题的答案。首先，笔者提问学生：“请同学们说说机械能和内能分别是什么？”以引导学生整合机械能与内能的知识。学生复习所学知识回答：“在物理学中，动能和势能统称为机械能。一个物体可以同时具有动能和势能，动能和势能可以互相转化。分子因热运动而具有分子动能，因其间存在相互作用力而具有分子势能。物体内部所有分子动能和分子势能的总和叫作物体的内能，物体的温度越高，它的内能就越大，任何物体都具有内能。”其次，笔者从宏观层面提问学生：“能量会否凭空消灭或者凭空产生？”学生通过学习，认识到能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。再次，笔者从微观层面提问学生：“从科学研究到日常生活，能量守恒定律都发挥着重要的作用。同学们能否举例说明机械能转化为内能的例子以及内能转化为机械能的例子？”有的学生回答：“摩擦生热是机械能转化为内能。”有的学生回答：“内燃机做功是内能转化为机械能。”最后，笔者提问学生：“在汽油机的压缩冲程与做功冲程中，能量分别是如何转化的。”学生整合机械能与内能的知识，回答：“在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能。”笔者通过整合性提问，引导学生从能量守恒定律、宏观层面以及微观层面进行深入的思考，有助于培养学生的科学思维能力。

结语

在核心素养视域下培养学生的科学思维可以通过建构模型、推理论证和有效提问三个方面来实现。这些方面既能够有效培养学生的科学思维，也能够提升学生的科学探究、科学态度与责任等物理学科核心素养。教师应该不断实践与探索，从而更好地促进学生科学思维的发展，为学生的全面发展奠定坚实的基础。

【参考文献】

［1］陈松波.以核心素养为导向 优化初中物理教学［J］.天津教育，2021（5）：90-91.

［2］汤才发.“思维型”教学对初中物理创新素质的影响［J］.中学课程辅导，2023（3）：123-125.