核心素养视角下的初中物理科学思维培养策略

吴思怡

(江苏省昆山市周市中学,江苏 昆山 215300)

科学思维是指运用科学认知活动对所掌握材料加工处理的一种理论体系.从物理教学的角度分析,我们认为科学思维是指学习者能够发现知识之间的内在联系,并且将零散知识串联成系统的逻辑体系,能够自主探索科学现象,在推理验证中解释自然中事物的本质,揭示其中内在规律的具体反应[1].在科学思维的培养中,不仅要求学生掌握科学方法,如推理论证等,还需要在科学推理中善于质疑,能够基于事实依据做出批判,提出创造性的见解等.由此可见,科学思维是一种高阶思维,在初中物理教学中培养学生形成科学思维,促使学生的学习思维走向更深处,提升初中生的物理学习能力,对于初中生的科学品质以及科学精神发展有着重要的影响.

1 创设问题情境,培养科学探索思维

在物理教学中培养科学思维能力,需要学生经历一系列的科学探索过程.其中以问题的发现为起点,打开学生的思维之门,让学生在疑惑的驱动下,对开展科学探索产生浓厚的兴趣,引发学生主动思考,这是科学思维形成的基本条件.问题情境的创设,可以将学生置身于某一个具体的情境中,给学生带来身临其境的感受,学生在情境的带领下会主动发现问题,并对问题提出质疑,形成认知冲突,在渴望解决问题的意愿推动下进入到科学探索学习活动中[2].

如在参照物知识点教学中,教师可以利用实验演示的方式创设直观情境,将A物体和B物体放在同一高度的不同位置同时下落,其中A物体做自由落体运动,B物体向A物体做平抛运动,二者在运动中发生了碰撞,由此情境引发学生对问题的思考:为什么两个物体的运动轨迹不同却会相撞呢?教师通过问题情境创设的方式,不仅引发了学生对物理现象的观察与思考,同时也可以借此引出参照物,让学生初步掌握,选择不同的参照物,对运动物体的描述也是不同的.又如,在“透镜”一课教学中,教学目标是让学生了解生活中常见的透镜原理,教学中教师可以选择不同类型的透镜,如照相机、投影仪等,以此作为教具创设情境.通过多媒体设备展示照相机拍摄时的焦距调节过程,引导学生进入到生活情境中,思考“如何调节焦距?”“物距、像距与焦距之间有着怎样的关系?”由此引发学生对问题的思考,形成科学探索的意识.教师通过多种问题情境创设的方式,让学生在物理课堂中形成了新情境与原有认知之间的冲突,能够有效激活学生的科学探究欲望,促使学生在科学探究中纠正错误的前概念,让学生学会站在科学的视角分析问题,为后续科学解答问题奠定基础.

2 建立物理模型,培养科学抽象思维

初中生正处于从具象思维向抽象思维过渡的阶段,在学习物理知识时,需要培养学生的抽象思维.但是当学生刚刚接触物理知识时,会因为物理知识过于抽象而产生畏惧心理,为了减轻学生的物理知识学习难度,教师可以引领学生在物理学习中建立简单模型,尝试将抽象的物理知识通过模型的形式概括性地呈现出来,这样既可以让抽象的物理概念变得生动、直观,又可以进一步凸显出物理问题的本质,直击核心要素,引领学生在问题剖析及模型建构中发展科学抽象思维[3].

如在“杠杆的平衡条件”一课教学中,发现大部分学生对杠杆的理论知识理解不够透彻,经常出现物理概念混淆等问题.为了解决学生对杠杆原理理解不足以及概念混淆的问题,教师可以选择引入与杠杆原理有关的生活案例,通过生活案例帮助学生建立生活经验与物理概念性知识之间的联系.比如用指甲刀剪手指甲的现象,让学生分析为什么我们没有用多少力气,却可以轻松地将指甲剪掉,引领学生从简单的生活案例分析中明白,指甲刀制作的原理就是杠杆原理.又如,引入汽车引擎盖的开启现象,抽象出杠杆原理的概念,帮助学生建立与杠杆原理有关的物理模型,当学生再遇到此类问题或者此类生活现象时,学生就会从已有的物理模型出发解释生活现象,轻松化解物理难题,锻炼学生的综合分析能力以及抽象概括能力,助力学生科学抽象思维的形成.

3 巧妙搭建支架,培养科学推理思维

科学推理思维的培养需要学生根据已经掌握的所有信息条件,对科学现象或者科学问题展开一系列的推理,从而获得答案的一种思维能力.在教学实践中,教师通常会以问题为载体,为学生搭建推理、验证的支架,促使学生对特定的事实进行缜密思考,引领学生感受科学的严谨性,能够从科学问题的推理和验证中领悟知识内涵,掌握物理规律.

比如在“浮力大小的影响因素”这个知识点教学中,需要学生结合生活经验提出假设,并且为了验证猜想而经历实验设计、推理验证等过程.为了帮助学生完成科学推理的过程,教师在学生实践探索之前,通过问题设置的方式给学生搭建简单的支架,比如:(1)你感受过浮力吗?(2)你认为浮力是否有方向?(3)请学生们猜测哪些因素可以影响浮力的大小?由此引发学生对问题的猜想,可以为学生的推理验证提供思路.当然,支架的搭建以及使用不仅可以用在学生进行推理验证之前,还可以运用于学生推理验证过程中,教师可以根据学生的推理验证发展进程,在学生的学习需要处设计支架,帮助学生渡过推理验证的难关.比如,在“电路的基本连接方式”教学过程中,教师要求学生利用干电池、小灯泡、导线等材料组装电路,并且在实验探索中解答问题:若是在这个装置中放入多个小灯泡,要如何连接这些灯呢?如何保证每一个灯都有一个单独的开关控制?在学生的实验推理过程中,教师还可以继续追问,拓展学生的思维宽度与广度:若调整开关的位置,此实验中的小灯还会亮吗?你认为会出现什么现象?由此,教师为学生搭建了科学推理验证的平台,通过多种形式引领学生参与到物理科学的推理过程中,实现科学推理思维培养在物理课堂全过程中的渗透,让学生的学习思维始终保持活跃的状态,促使学生对科学问题以及科学现象提出猜想与假设,并且为了验证自己的猜想主动设计实验、完成实验操作,在科学实验中发展科学推理思维.

4 借助思维导图,培养科学创新思维

思维导图是当前较为热门的一种教学工具,在物理学习中,指导学生使用思维导图,可以帮助学生找到各个知识点之间的相关之处,抓住知识点之间的内在联系,促使学生将原本零散化的知识点梳理归纳在一起,建立系统化的知识体系.通过思维导图的使用,可以帮助学生对知识框架进行深入研究与思考,进而跳出原有的知识框架束缚,能够自主创新与拓展知识脉络,为学生的物理学习提供更加广阔的创造空间,助力学生科学创新思维能力的提升.

以光学知识的复习为例,在以往的复习学习中,学生往往抓不住复习的重点,只是简单地将课本中的内容阅读一遍,或者通过课堂记录的阅读完成复习任务,其实学生并没有完成系统的知识梳理,对于知识的理解仍旧停留在原有的基础.为了打破学生的思维禁锢,教师鼓励学生使用思维导图建立系统的光学知识框架,将自己在初中阶段学习到的有关光学知识,按照一定的逻辑关系呈现在思维导图中.这样既给学生预留了创新拓展的空间,也可以促进学生创新思维的形成[4].例如在光学知识复习中,学生对光的反射内容做出了进一步的梳理,在思维导图的帮助下不仅完成了对光的反射规律的深度探索,也帮助学生复习了以前学习的“光的折射”等内容.还有一部分学生在这部分知识梳理中联系生活实际,将生活现象纳入到思维导图之中,比如区分水中的倒影、河水中的鱼儿两者现象形成的原因等,还整理了光的反射实验材料、实验步骤、实验结果等.学生思维导图绘制的过程,就是创新思维发展的过程,每一名学生的思维导图绘制思路不同,思维发散的视角也就不同,可以通过个性化的思维导图绘制帮助学生发展科学创新思维.

5 鼓励质疑反思,培养科学批判思维

批判思维是学生必备的思维能力,也是发展学生形成科学思维过程中必不可少的因素.在初中物理教学中,教师应深度研究批判思维,认识到一个人的科学批判思维形成是建立在大脑活动之上,基于已有的一些理论或结论,能够提出合理的质疑,并对疑问做出分析、得出结论[5].在初中物理教学中,教师应鼓励学生质疑,培养学生形成善于质疑的品质,并且在质疑中不断自我反思,能够为了解答疑惑发展自身的科学探究能力,由此形成科学批评思维,促进我国科学水平的发展.

如在“平面镜成像的特点”教学中,在以往的物理教学中教师会借助模拟实验的方式,让学生绘制出实验的图像,给学生提供总结平面镜成像特点的机会.具体实验过程是:圆圈A代表蜡烛,假设B代表平面镜MN的成像,测量两个圆圈到平面镜的距离,根据测量得出的数据总结出“像、物到平面镜的距离相等”的结论.但是,这个实验的结论并不严谨,论据也不足,在此实验的教学中教师应有意识地引导学生对实验做出质疑与反思,不可全盘接受实验,不可不加思考地认同每一个科学实验,促使学生在质疑与反思中发现实验方法存在的问题以及实验结论的漏洞.由此,许多学生开始提出疑问,例如“我们所采用的实验方法是否不对?”“我认为或许是实验测量方法不对,导致测量获取的数据存在误差,这才影响了实验结果.”在质疑的驱动下,学生经过讨论以及合作学习,又一次完成了实验探究:发现需要将平面镜自身的厚度考虑进去,物距的测量需要从蜡烛的最右端开始到平面镜的最远处,以此促使学生敢于质疑、学会质疑,形成科学批判思维.

总之,科学思维是物理学科核心素养的重要组成部分,培养初中生的科学思维是新课标对物理教学提出的新要求.教学中要激活学生的科学探究热情,教会学生理性分析问题,在问题的分析过程中建构物理模型,完善知识体系,促使物理学习效果的提升.