科学方法运用与科学思维培养探析

[摘 要] 当前的高中物理教学，目标已经转向核心素养的培育。在物理学科核心素养的视角下，观照高中物理概念教学中的科学方法运用与科学思维培养，就应当认识到，在高中物理教学中，教师应显化科学方法、强化思维教育，并围绕这个目标去设计教学，力促核心素养培育的落地。概念教学要让学生从概念内涵与外延的角度，体验概念的形成、发展与运用过程，必要的时候还要引导学生通过反思概念的形成过程，获得科学方法与科学思维。在学生建构概念的时候，科学方法与科学思维可以发挥双轮驱动的作用，可以发展学生的关键能力，从而可以促进学生物理学科核心素养的发展。

[关键词] 高中物理；概念教学；科学方法；科学思维

随着教育理念的不断发展，在高中物理概念教学中，教师越来越有意识地将科学方法的运用以及科学思维的培养融入其中。相对于传统教学模式，这是一种进步，意味着近三十年来的教学改革与课程改革取得了实质性的成果。教师必须明确，科学方法的运用和科学思维的培养，与教育的大背景密切相关。“双基”时代的物理概念教学，科学方法与科学思维要么被忽视，要么是隐性的；第八轮课程改革提出了三维目标的概念，“过程与方法”成为教学目标的一个重要维度。这一视角下的科学方法与科学思维，既作为教学内容而存在，也作为教学方法而存在。当前，高中物理教学目标已经转向包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任在内的核心素养的培育，在这样的背景下观照科学方法与科学思维的教学，就应当认识到，在高中物理教学中应旗帜鲜明地强调显化科学方法、强化思维教育，并围绕这个目标去设计教学，力促核心素养培育的落地。[1]

概念教学是物理教学的基础，学生理解一个物理概念并不在于记住概念的定义，而是从概念的内涵与外延的角度，体验概念的形成、发展与运用过程，通过反思概念的形成过程，获得科学方法与科学思维。

一、科学方法与科学思维在概念教学中的体现

概念是一种思维形式，反映着事物的本质属性。人类在认识事物的过程中，总会经历一个从感性认识上升为理性认识的过程。在这个过程中，认识对象的共同本质如果能够被成功地抽象并表达出来，就会形成一个概念。强调通过概念教学让学生体验到科学方法的运用，并在此过程中培养学生的科学思维，很重要的一个理论前提就是：物理概念是物理现象、物理过程的抽象思维形式，是进行物理思维的基本单位。在物理概念教学中，运用丰富的科学方法，可以有效发展学生的科学思维。

以人教版高中《物理》必修2中“向心力”这一概念的教学为例。作为古典力学中最基本的概念之一，向心力是指物体做圆周运动（或曲线运动）时，指向圆心（或曲率中心）的力。显然，向心力这个概念是根据合外力作用的效果来命名的——向心力即指向圆心的力。向心力在圆周运动当中所起的作用是改变物体的运动方向，但是并不改变物体的运动速率。无论是从向心力的作用效果来看，还是从向心力的特征来看，都有必要引导学生去思考一些基本的问题，如圆周运动为什么需要向心力？向心力为什么只能改变物体的运动方向，而不能改变速率的大小？向心力的大小与哪些因素有关？提出这些问题，不是为了让学生简单地接受结论，而是引导学生体验从现象到本质的过程，体验相关科学方法运用的过程。

二、在科学方法运用中发展学生的科学思维

上面的分析表明，科学方法的运用与科学思维的培养实际上是相生相成的。如果教学过程同时也是学生充分体验科学方法运用的过程，那么学生科学思维培养的效率就能够得到保证。在教学实践中，概念理解与运用的需要，可以从培养学生的科学态度、转变课堂教学方法与重视实验教学过程三个方面促进学生核心素养的发展。[3]

仍以“向心力”概念教学为例，在引入这个概念的时候，教师就可以给学生现场演示“圆周运动”，再让学生判断做圆周运动的物体的运动状态。此时，学生通过运用比较与推理等科学方法——比较是将圆周运动与直线运动进行比较，推理是基于“做圆周运动的物体，其运动状态在不断变化”和“运动状态变化的物体，必定受到了力的作用”两个前提进行推理——就可以得出“做圆周运动的物体一定受到力的作用”的初步结论。

在此基础上，教师进一步引导学生思考：做圆周运动的物体，其运动轨迹是一个规则的圆周，那么其所受的力有怎样的特点呢？带着对这个问题的思考，大多数学生都可以从理论上推出“力的方向指向圆心”这一结论。教材关于“向心力”的内容，设计的是一个小实验，而此处设计的理论推导问题具有实验不具备的优点。实验演示的圆周运动都离不开一根细线，此时学生通过想象就可以知道，如果没有这根细线，圆周运动就不可能发生；细线实际上就是圆周运动的半径，细线对物体的拉力指向圆心，保证了圆周运动的发生，因此细线所产生的拉力就是向心力。

在学生已经对向心力有了初步了解的基础上，为了加深学生的认识，教师有必要对问题进行变换和拓展，并鼓励学生进行演绎推理，如让学生思考：地球上的物体随地球自转，月球绕着地球公转，地球围绕太阳公转，它们所受的向心力都是由谁提供的？此处关于演绎推理的运用，就可以帮助学生巩固对向心力概念的理解。

上述教学过程运用的分析与归纳、演绎与推理等，都是基本的科学方法。运用这些方法的时候，必然涉及思维对对象的加工，其中包括对实物的抽象、建立模型等。通过科学方法的运用，可以促进学生的思维从低阶走向高阶，从而提高科学思维能力。

三、核心素养视角下的科学方法与科学思维

站在核心素养的角度看待有关向心力的教学设计与实施过程，可以发现物理学科核心素养中所强调的科学方法，既包括分析与综合、归纳与演绎，也包括具体模型的建立。这些方法在物理学概念形成的过程中，有着重要的作用。其中，有一些科学方法是普适性的，有一些则具有一定的针对性。在实施概念教学的时候，教师可以从两个角度来解析其中的科学方法：一是从物理学发展史的角度去解析概念形成的历史过程，二是站在学生的角度去解析学生的概念建构过程。

高中物理教师必须认识到，思维是人们认识客观事物的抽象过程，科学思维是学生掌握知识的必经之路，科学思维方法的教育与高中物理教学是相辅相成的。[4]在概念教学中，作为对客观事物的高度抽象，概念的形成过程也是科学探究的过程，科学探究必然要求运用科学方法，科学方法则源自科学思维的指导。当学生在学习过程中运用科学方法促进自己的思维从低阶走向高阶的时候，浅层学习就会变为深度学习，这对于学生深入理解物理学概念意义重大。显然，科学方法与科学思维在学生建构概念时，可以发挥双轮驱动的作用，可以发展学生的关键能力，从而促进学生物理学核心素养的发展。

参考文献

[1]丁珂，钱长炎.显化科学方法，强化思维教育——以高中物理“机械能守恒定律”一节为例[J].物理教师，2019，40（6）：5-8.

[2]段俊霞，张昌印，袁本利.高中物理概念建立中科学方法的显化研究[J].中国现代教育装备，2012（2）：82-83.

[3]陈新.例谈高中物理核心素养下科学思维能力的培养[J].教师，2020（13）：100.

[4]李成瑾.浅谈高中物理教学中科学思维方法的教育[J].物理教学探讨，2004，22（1）：31-32.