高中物理教材中科学论证素材的挖掘与拓展策略研究

伴随时代的快速进步，科技创新的步伐日益加快，社会对于拥有科学思维与论证能力的人才需求变得越发急切。高中物理作为培育学生科学素养的关键学科，其教材里包含着大量丰富的科学论证素材。但怎样全面挖掘这些素材，并有效加以拓展，以此提升学生的科学论证能力，成了当前物理教育领域需要尽快解决的一个问题。在这样的背景下，针对高中物理教材中科学论证素材的挖掘与拓展策略展开研究，有着十分重要的现实意义以及时代价值，能够更有力地推动物理教学改革以及人才培育工作。

一、高中物理教材中科学论证素材挖掘

（一）从物理概念形成中挖掘

物理概念作为物理学的根基，其生成进程蕴含着大量科学论证的相关素材。在高中阶段的物理教材当中，许多概念的提出并非是瞬间达成的。比如说“加速度”这一概念，教材一开始展示生活里像车辆启动、刹车这类速度出现变化的现象，以此引导学生去感受物体速度的改变存在快慢的不同。这部分属于论证中的论据内容，目的是让学生依据生活中的实际例子，形成较为直观的认识。紧接着，为了能够精准地描述速度变化的快慢情况，借助对比不同物体在同样时间内速度变化量的差别，经过分析、归纳等一系列科学思维活动，从而引出加速度的定义。在这个过程中，从现象过渡到本质，从直观感受转变为理性认知的推导，就是科学论证的方式。教师深入挖掘这类素材，能够让学生知晓概念是如何在科学论证的基础上构建起来的，对学生深入理解概念的具体内涵，掌握科学的研究方法很有帮助[1]。

（二）于物理规律推导中探寻

物理规律揭示了物理现象、物理过程在特定条件下必然会出现的发生、发展以及变化的内在关联。以牛顿第二定律的推导为例，教材通常会先开展实验探究，像运用控制变量法分别去研究加速度与力之间、加速度与质量之间的关系，这一系列实验所产生的数据以及呈现出的现象都是十分关键的论据。在得到实验结果之后，经过严谨的数学推导和逻辑层面的分析，总结得出加速度与力呈正比、与质量呈反比的量化关系，进而得出牛顿第二定律的表达式。这个推导的过程处处体现着科学论证，从实验设计的合理性，到数据处理的科学性，再到得出结论的严谨性，每一个步骤都展现出科学论证的要素。教师全面深入挖掘规律推导过程中的论证素材，能够让学生领会物理规律所具备的科学性与严密性，提升学生的逻辑思维能力以及科学论证能力。

（三）在物理实验探究中挖掘

在高中物理教材所涉及的实验里，以探究动能定理的实验为例，在实验开展之前，学生依据自身已有的知识以及生活经验，提出关于动能变化与合外力做功或许存在某种联系的猜想，这就形成了论点的初步形态。在实验过程中，设计实验方案、挑选实验器材、控制实验变量等各个环节，都是为了获取可靠的实验数据以及现象，将其作为论据。通过对实验数据进行测量、记录以及分析，判断实验结果是否与最初的猜想相契合。要是不契合，就需要重新思考实验设计方案或者提出新的猜想。整个实验探究的过程就是一个持续论证的过程。教师引导学生深度参与到实验探究之中，挖掘其中的论证素材，能够培育学生的科学探究精神以及科学论证能力，使学生学会运用实验手段对物理理论加以验证。

二、高中物理教材中科学论证素材拓展策略

（一）情境创设拓展

借由打造丰富多样的情境，对教材内的科学论证素材加以拓展，这样做能够促使学生更为透彻地领会物理知识与实际情况间的关联，提升其科学论证能力。就好比在人教版高中物理必修一“匀变速直线运动的位移与时间的关系”教学当中，教材借助公式推导得出位移和时间的关系。这时，教师可以构建如此情境来拓展论证素材：假定汽车在高速公路上以特定初速度行驶，突然遭遇紧急状况需要刹车，让学生思考怎样去计算刹车距离。学生得论证汽车刹车过程属于匀变速直线运动，结合所学公式来分析初速度、加速度、时间等要素对刹车距离产生的影响。这样的情境把教材知识和生活实际关联起来，学生在论证过程里，不但加深了对知识的理解，而且学会运用科学方法处理实际问题，体悟到科学论证在实际情境中的应用价值[2]。

（二）跨学科融合拓展

物理学科与众多学科紧密相连，通过跨学科融合，能有效地拓展科学论证素材。以人教版选修 3-1“闭合电路欧姆定律”为例，在剖析电池内阻对电路的影响时，可与化学学科里电池原理方面的知识相融合。化学在讲解原电池的时候提及电极反应、电解质溶液性质等会对电池性能产生影响，这和物理中电池内阻的概念有所关联。教师引导学生从化学电池反应的角度，论证内阻产生的缘由，从物理电路原理方面分析内阻对电流、电压造成的影响。学生需要综合两门学科的知识来展开论证，拓宽思维视野，认识到不同学科知识彼此支撑、相互印证，学会从多个学科的视角看待物理问题，提升科学论证的全面性与准确性，构建更为完善的知识体系。

（三）深度探究拓展

对教材里的物理知识展开深度探究，挖掘其背后更为深层次的科学论证素材。例如人教版必修二“万有引力定律”教学，教材介绍了定律的发现历程以及基本内容。教师可引导学生进行深度探究：为什么牛顿能从天体运动现象中总结出万有引力定律呢？让学生深入钻研牛顿当时采用的研究方法、实验数据以及所依据的科学假设。学生必须论证牛顿是怎样通过对开普勒行星运动定律的分析、对苹果落地现象的思考等，经过大量的计算以及逻辑推理得出万有引力定律的。在深度探究进程中，学生了解到科学研究的艰难与严谨，体会到科学论证在科学理论形成过程中的关键作用，培养钻研精神和深度科学论证能力，加深对物理学科本质的认识[3]。

结语：该项研究在时代发展需求的导向之下，对高中物理教材里科学论证素材的挖掘与拓展策略做了探索。经过研究得知，恰当地挖掘以及有效地拓展这些素材，有利于培育学生的科学论证能力，满足时代对于创新人才的需要。由于时代在不断发展，教育理念与技术也在持续更新，日后还需要进一步去探寻更能适应时代变化的教学策略，不断优化科学论证素材的运用方式，让物理教学可以更好地服务于学生的成长以及社会的发展，为培育具备科学精神与创新能力的高素质人才而不断付出努力。

参考文献：

[1]郭守强.高中物理六版“新教材”中科学推理与科学论证因素比较研究[D].青岛大学,2023.

[2]刘新武.基于物理核心素养的高中物理教材比较研究[D].湖南师范大学,2021.

[3]马亚鹏.高中物理新教材中科学论证内容的呈现方式研究——以人教版物理教材必修 1 为例[J].中学物理教学参考,2020,49(14):1-3.

【注：本文系湖南省教育学会 2023 年“十四五”教育科研重点课题《新课标下高一学生物理科学论证能力培养的实践研究》（课题立项号：F-66)研究成果。】