高中物理教学中培养学生科学思维能力的策略研究

摘要：科学思维能力是高中物理学科核心素养的核心内容之一，对学生理解物理知识、解决实际问题以及未来的发展至关重要。本文在阐述高中物理教学中培养学生科学思维能力的重要性基础上，分析当前教学现状中存在的问题，并针对性地提出了一系列切实可行的培养策略，旨在为高中物理教师提供有益的教学参考。

关键词：高中物理；科学思维；策略研究

高中物理作为一门基础自然科学课程，不仅承载着传授物理知识的使命，更肩负着培养学生科学思维能力的重任。科学思维能力涵盖了模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等多个维度，它能够帮助学生透过物理现象洞察本质，深入理解物理规律的内涵与应用。在当今科技飞速发展的时代，具备良好科学思维能力的学生，更能适应未来社会对创新型人才的需求。因此，探索高中物理教学中培养学生科学思维能力的有效策略具有重要的现实意义。

一、高中物理教学中培养学生科学思维能力的重要性

（一）有助于深化物理知识理解

科学思维能力能够引导学生从不同角度去剖析物理概念和规律。例如，在学习牛顿第二定律时，学生通过科学推理，理解加速度与力、质量之间的定量关系，不仅仅是记住公式F=ma，更能明白在不同物理情境下力如何改变物体的运动状态，从而深化对这一核心定律的理解。这种基于科学思维的理解方式，使学生能够将孤立的知识点构建成系统的知识体系，提升知识掌握的深度与广度。

（二）提升学生解决实际问题的能力

现实生活中的物理问题往往较为复杂，需要学生运用科学思维进行分析和解决。比如，在分析汽车刹车过程中的动力学问题时，学生需要运用模型建构思维，将汽车简化为质点模型，忽略次要因素，然后运用科学推理，结合牛顿运动定律和运动学公式来求解刹车距离、刹车时间等物理量。通过这样的训练，学生能够逐渐学会将物理知识应用于实际情境，提高解决实际问题的能力。

（三）培养学生的创新精神与创造力

科学思维中的质疑创新要素鼓励学生对传统观点和现有理论提出疑问，尝试从新的视角去思考问题。在物理教学中，当学生对某些物理实验现象或理论解释产生质疑时，他们会主动探索新的解决方案或解释方式。这种质疑和创新的过程有助于培养学生的创新精神，激发学生的创造力，为未来从事科学研究或其他创新性工作奠定基础。

二、高中物理教学中培养学生科学思维能力的现状分析

（一）教学理念相对滞后

部分教师仍然秉持传统的教学理念，将教学重点主要放在知识传授和解题技巧训练上，忽视了对学生科学思维过程的引导与培养。在课堂教学中，往往以教师为中心，采用灌输式教学方法，学生被动接受知识，缺乏主动思考和探究的机会，不利于科学思维能力的发展。

（二）教学方法单一

许多教师在教学过程中采用单一的教学方法，如讲授法、题海战术等。讲授法虽然能够在短时间内传递大量知识，但难以激发学生的学习兴趣和主动性，学生在学习过程中缺乏对知识的深入理解和思维的深度参与。题海战术则侧重于让学生通过大量重复练习来掌握解题技巧，而忽略了对学生思维能力的系统培养，导致学生在面对新情境新问题时，缺乏运用科学思维分析和解决问题的能力。

（三）实验教学效果不佳

物理实验是培养学生科学思维能力的重要途径，但在实际教学中，实验教学存在诸多问题。一方面，部分教师对实验教学重视程度不够，实验课时安排不足，一些实验仅由教师进行演示，学生缺乏亲自动手操作的机会，无法深入体验实验探究的过程，难以培养观察、分析、归纳等科学思维能力。另一方面，即使学生进行实验操作，也往往是按照教师给定的实验步骤“照方抓药”，缺乏自主设计实验、提出假设、验证假设的过程，实验教学未能充分发挥其培养学生科学思维能力的作用。

三、高中物理教学中培养学生科学思维能力的策略

（一）创设多样化教学情境，激发科学思维

生活情境创设。教师应紧密联系生活实际，从学生熟悉的生活现象中创设教学情境。例如，在讲解摩擦力时，可以引入生活中鞋底花纹的设计、汽车刹车时的制动过程等情境。通过展示这些生活场景，引导学生思考摩擦力产生的条件、方向以及大小的影响因素。这种生活情境的创设能够让学生感受到物理知识与生活的紧密联系，激发学生的好奇心和求知欲，促使学生主动运用科学思维去分析和解释这些现象，从而培养学生从生活中发现物理问题、运用物理知识解决生活问题的能力。

问题情境创设。设置具有启发性和挑战性的问题情境是激发学生科学思维的有效手段。教师可以根据教学内容，设计一系列层层递进的问题，引导学生逐步深入思考。例如，在学习楞次定律时，教师可以先展示一个简单的电磁感应实验，让学生观察实验现象，然后提出问题：“当磁体插入或拔出线圈时，感应电流的方向是如何变化的？为什么会出现这种变化？”通过这些问题，激发学生的思维冲突，促使学生主动探究感应电流方向与磁通量变化之间的关系，培养学生的逻辑推理和科学探究能力。

（二）优化教学方法，促进科学思维发展

小组合作探究法。组织学生进行小组合作探究学习，让学生在相互交流、讨论和合作的过程中培养科学思维能力。在小组合作探究中，学生可以针对某一物理问题提出自己的观点和想法，然后通过实验探究、理论分析等方式进行验证。例如，在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”实验中，学生分组设计实验方案，选择实验器材，进行实验操作，并对实验数据进行分析和讨论。在这个过程中，学生不仅能够掌握实验技能，还能学会运用控制变量法等科学研究方法，同时培养了团队合作精神和科学论证能力。

多媒体辅助教学法。充分利用多媒体技术辅助教学，能够将抽象的物理概念和复杂的物理过程直观地展示给学生，帮助学生理解和掌握知识，同时也有助于培养学生的科学思维能力。例如，在讲解原子结构时，通过动画演示卢瑟福的α粒子散射实验过程，学生可以直观地看到α粒子的运动轨迹以及散射现象，从而更容易理解原子的核式结构模型。多媒体辅助教学还可以模拟一些在现实中难以实现的物理实验，如天体运动、微观粒子的运动等，为学生提供更加丰富的学习资源，拓展学生的思维视野。

（三）强化实验教学，锻炼科学思维能力

增加学生实验操作机会。教师应尽可能增加学生亲自动手实验的机会，让学生在实验操作过程中培养观察能力、动手能力和科学思维能力。例如，在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，学生通过自己设计实验方案、选择实验器材、进行实验操作并记录数据，然后对数据进行分析处理，从而得出加速度与力、质量之间的定量关系。在这个过程中，学生不仅掌握了实验技能，还学会了运用控制变量法这一重要的科学研究方法，提高了科学思维能力。

开展探究性实验教学。设计并开展探究性实验教学，让学生在未知情境中进行探索和研究。探究性实验要求学生自主提出问题、作出假设、设计实验方案、进行实验验证并得出结论。例如，教师可以提出一个开放性的实验课题：“如何利用给定的器材测量一个不规则物体的密度？”学生需要根据已有的知识和经验，自主设计实验方案，选择合适的测量方法和器材，并对实验结果进行分析和评估。通过这样的探究性实验，培养学生的创新思维和解决实际问题的能力，锻炼学生的科学思维能力。

（四）注重模型建构教学，提升科学思维水平

引导学生建立物理模型。教师要引导学生根据实际问题建立物理模型。物理模型是对实际物理对象或过程的简化和抽象，能够帮助学生更好地理解和解决物理问题。例如，在研究物体的运动时，将物体简化为质点模型，忽略物体的形状和大小等次要因素，突出物体的质量和位置等主要因素。通过建立质点模型，学生能够更方便地分析物体的运动规律，培养学生的抽象思维能力。

分析模型的适用条件。让学生了解物理模型的适用条件是模型建构教学的重要环节。不同的物理模型都有其特定的适用范围，只有在适用条件下，模型才能准确地描述物理现象和规律。例如，在讲解理想气体状态方程时，教师要向学生强调理想气体模型是在忽略气体分子间相互作用力和分子体积的前提下建立的，只有在压强不太大、温度不太低的条件下，实际气体才可以近似看作理想气体，适用理想气体状态方程。通过对模型适用条件的分析，培养学生严谨的科学思维。

模型的拓展与应用。引导学生对已建立的物理模型进行拓展和应用，解决更复杂的实际问题。例如，在学习了平抛运动模型后，教师可以让学生分析生活中的投篮、跳远等运动，将这些实际运动转化为平抛运动模型进行分析和计算。通过模型的拓展与应用，学生能够进一步加深对物理模型的理解，提高运用模型解决问题的能力，从而提升科学思维水平。

（五）完善教学评价体系，助力科学思维培养

建立多元化评价指标。构建多元化的教学评价体系，除了考查学生的知识掌握情况外，还应将科学思维能力纳入评价指标。评价指标可以包括学生在课堂讨论中的表现、实验设计与操作能力、问题解决过程中的思维方法运用、模型建构能力等方面。例如，在评价学生的实验能力时，不仅要关注实验结果的准确性，还要评价学生实验方案的设计合理性、实验操作的规范性以及对实验数据的分析和处理能力等，全面客观地反映学生科学思维能力的发展水平。

过程性评价与终结性评价相结合。注重过程性评价，关注学生在学习过程中的思维发展过程。教师可以通过课堂观察、学生作业、小组讨论记录等方式，对学生在学习过程中的表现进行及时评价和反馈。同时，结合终结性评价，如考试、项目报告等，对学生的学习成果进行综合评价。过程性评价与终结性评价相结合，能够让学生及时了解自己的学习进展和思维能力的提升情况，为教师调整教学策略提供依据，促进学生科学思维能力的持续发展。

学生自评与互评。鼓励学生进行自评和互评，培养学生的自我反思和评价他人思维过程的能力。在自评过程中，学生能够对自己的学习方法、思维方式进行反思和总结，发现自己的优点和不足，从而有针对性地进行改进。在互评过程中，学生可以从他人的思维方式和解题思路中获得启发，拓宽自己的思维视野。例如，在小组合作学习后，组织学生进行自评和互评，让学生对自己和小组其他成员在合作过程中的表现进行评价，分享自己的收获和体会，促进学生共同提高科学思维能力。

参考文献：

[1]刘洋.高中物理教学中科学思维培养的策略[D].辽宁.辽宁师范大学，2021.

[2]秦晓阳.高中生物理建模能力研究[D].山东.曲阜师范大学，2019.