初中物理课堂教学培养学生科学思维能力的实践探究

中图分类号：G 文献标识码：A 文章编号：450102049（2025）05EM-0079-04

老子在《道德经》中提出“知人者智，自知者明”，强调了对自己思维的认知和反思［1］。《义务教育物理课程标准（2022 年版）》对科学思维进行了详细的阐述，明确了科学思维是物理学科核心素养的重要内容，是人类研究自然科学的关键能力，也是知识结构的基础。课堂教学是教育活动的核心环节，是学生学习物理知识、形成物理素养的主阵地。同时，学生的学习方法、能力、品质也是需要教师通过课堂指导逐步形成。因此，课堂的教学设计对科学思维能力的培养有重要的意义。下面，笔者从科学推理、质疑创新、模型建构、科学论证四个科学思维要素出发，结合人教版初中物理八年级下册“浮力”这一章节内容的教学实践，探讨发展学生科学思维的具体方法。

一、从生活实际出发，采用归纳推理和演绎推理相结合的方式培养学生科学推理的能力

科学推理是一种运用观察、实验、类比、推理等科学方法，对自然现象或科学问题进行深入分析与思考，从而得出合理结论、揭示内在规律的思维过程。其本质是一种基于实证研究和理性分析的科学思维模式。从科学发展的漫长历程来看，无论是科学家构建全新概念，还是探索科学规律，科学推理（如逻辑分析或实验验证）都发挥着不可或缺的作用。在物理学领域，科学推理更是开展研究的基石。

为了培养学生的科学推理能力，在物理教学过程中，教师应该以实验为手段，通过实验设计的流程，以科学推理作为教学核心，以科学观念为指导，从归纳推理和演绎推理两个维度入手，引导学生经历物理规律的概括过程，将这些规律与特定的情境相结合，推导出相关的结论。在这个过程中，学生将会经历从生活现象到形成物理概念的过程，从而对物理的知识有更深刻的理解。这种通过演绎归纳探寻线索的方法，有助于学生科学推理能力的提升。

以进行人教版初中物理八年级下册“浮力”这一章节的教学为例［2］。浮力是初中物理知识体系中的一个核心概念，尽管学生在日常生活中可能听说过“浮力”这个词，但他们往往没有形成准确且清晰的科学认识。在教学过程中，教师应引导学生从生活中常见的事例出发，通过循序渐进的分析，逐步归纳出浮力的概念。这一过程对于有效提升学生的科学推理能力具有积极作用。

在具体的教学实践中，教师可以引导学生对冰山、游船、鸭子等漂浮在水面的物体进行受力分析。如图1 所示，根据二力平衡条件，物体能静止在水面上，必然是受到一个与重力大小相等，方向相反的力（如浮力），从而得出“浮在水面的物体受到向上的浮力作用”的结论。

图1

在此基础上，教师可以进一步引导学生进行科学的推理。首先，教师可以向学生提出问题：“浸没在水中的物体（如铁块）是否也受到浮力作用？”其次，教师可以通过实验演示来引导学生进行探究：将铁块用细线悬挂在弹簧测力计上，分别测量铁块在空气中以及完全浸没在水中时弹簧测力计的示数。经过测量发现，铁块浸没在水中时弹簧测力计的示数相较于在空气中时变小。依据力的平衡原理和弹簧测力计示数变化所反映的力的关系，可以得出“浸没在水中的物体同样受到向上的浮力作用”的结论。

由以上归纳得出结论：浸在水中的物体受到向上的浮力作用。

紧接着，教师继续拓展问题：“浸在其他液体中的物体是否也受到浮力作用？”为了引导学生分析，教师再次进行实验演示：用弹簧测力计精确测量铁块浸没在酒精中的示数，经测量发现该示数比铁块在空气中时的示数小。通过同样严谨的分析可知：浸在酒精中的物体也受到向上的浮力作用。

最后，基于上述一系列实验现象和分析的结果，归纳得出浮力的科学概念：浸在液体中的物体受到向上的力，这个力被称为浮力。

教师从生活实际出发，逐步引导学生归纳出浮力的概念，帮助学生建立起对浮力这一抽象物理概念的科学认知，深化了学生对物理知识的理解，让学生从感性认识上升到理性认识，形成系统的知识体系。同时，教师以归纳推理和演绎推理相结合的方式开展教学，让学生经历从观察现象、分析问题到得出结论的全过程，锻炼了学生的科学推理能力，使学生掌握了科学研究的基本方法，提升了学生的思维品质和科学素养。

二、突破常规创设情境，激发学生质疑和创新的科学思维能力

质疑与创新是科学进步的核心动力，它们既是人类突破认知局限的思维源泉，也是人类进取精神的体现。科学理论的发展往往源于对现有认知的反思与实证。在初中教学中教师应该引导学生通过实验观察创设问题情境，引导学生主动发现问题，从而培养其批判性思维和科学探究能力。同时结合科学方法系统推进创新探索。基于这些创新理念开拓的全新研究方向，便是推动跨越式发展的主要动力。纵观科学的辉煌历程，科学范式的变革、科学边界的拓展都离不开质疑创新。因此，质疑创新是科学持续进步的引擎。

例如，在进行人教版初中物理八年级下册“浮力”这一章节中“浮力产生的原因”的教学时，首先，教师提出问题让学生思考：“浮力产生的原体中的物体是否一定受到浮力的作用？”该问题旨在激发学生的质疑精神，引导学生深入思考，并鼓励学生尝试列举沉浸在液体中却不受浮力作用的实例，比如桥墩等。其次，教师带领学生进行实验演示：

实验1：如图2 所示，将乒乓球放置于瓶内，然后向瓶中倒水，此时可观察到乒乓球并未浮起。

实验2：如图3 所示，在完成实验1 后，将瓶的下口堵住，此时可以看到乒乓球逐渐浮起。

图2

图3

最后，针对这两种不同的实验现象，教师组织学生进行讨论，并提出问题引导学生进行思考：

问题1：实验1和实验2的差异之处体现在哪里？

学生经过观察和分析后回答：在实验1 中，乒乓球下方没有水；而在实验2中拧上瓶盖堵住下方瓶口后，乒乓球下方逐渐充满了水。

问题2：实验1和实验2能够说明什么问题？

学生回答1：表明乒乓球的浮沉状态与它下方是否有水存在关联。

学生回答2：说明乒乓球所受到的浮力是由其下方的水产生的。

教师通过提出“沉浸在液体中的物体是否一定受浮力”这一问题，打破了学生固有的思维，激发了学生的质疑精神，促使学生主动去思考，活跃了课堂氛围，让学生不再是被动地接受知识，而是积极地参与到知识的建构过程。

教师借助两个对比实验，让学生直观地看到不同条件下物体的状态差异，进而引导学生分析原因。这种教学方式能够帮助学生更加深入地理解浮力产生的必要条件，即物体下的表面需要受到液体向上的压力。相比于教师单纯的理论讲解，这种方法能使学生对知识的理解更加深刻、透彻。教师通过鼓励学生列举沉浸在液体中却不受浮力影响的实例，培养了学生的敢于创新、突破常规的思维能力，为创新思维的发展奠定了基础。同时，在讨论和分析实验现象的过程中，学生不断提出自己的见解，有助于激发他们的创新活力。

教师在教学中可以巧妙设置具有启发性和挑战性的问题，引发学生的认知冲突，激发学生的质疑和探究欲望。同时，合理运用实验教学，特别是对比实验，让学生通过观察实验现象，自主分析、总结规律，可以提高学习的效果。

教师通过鼓励学生敢于质疑，不盲目相信既有知识，可以培养学生的问题意识。在教学过程中，教师要鼓励学生积极参与实验和讨论，善于观察和分析现象，尝试从不同角度思考问题，培养学生的创新思维和实践能力，培养学生的质疑精神，鼓励学生大胆发表不同见解。同时，要将培养学生的创新思维和实践能力贯穿于教学的全过程，为学生的未来发展提供更为广阔的空间。

三、运用从现象到本质、从具体到抽象的科学思维方式，夯实学生的科学建模根基

科学建模是科学探索的关键技能，是人类通过抽象模型理解世界并预测未知现象的有效工具。现实世界中的复杂系统存在着本质特征，被人们提取简化便构建了科学模型，依靠这些模型精准模拟各类实际场景是攻克复杂性问题的有效方式。从科学发展的视角看，科学体系的搭建、科学预测的实现都离不开科学建模，因此科学建模既是科学探索实践的支撑工具，也是理解复杂系统、培养科学思维的重要方法。

例如，在进行人教版初中物理八年级下册“浮力”这一章节的教学时，为了让学生理解浮力产生的原因，教师设计了以下的模型。如图4，用铁丝做成一个正方体的框架，四周用橡皮膜进行密封。

首先，教师将模型用手压入水下，提出问题，请学生回答。

问题1：在水下的正方体各面橡皮膜的形变情况怎样？

学生回答：“正方体左右的橡皮膜形变相同，下方比上方的橡皮膜形变大。”

问题2：由此可以推理出正方体各面受到的压力关系是什么？

学生回答：“正方体左右两面受到水的压力相等，下表面受到水向上的压力大于上表面受到水向下的压力。”

教师总结：“浮力产生的原因是物体上下两面受到的压力差。”

其次，为了让学生更加深入理解水底物体不受浮力影响的情况，教师将已优化的模型（如图5）进行演示并提出问题：将立方体放在右槽中盖住了下方洞口，往右槽注水，请同学们注意观察并回答问题。

问题1：立方体的浮沉情况怎样？立方体各橡皮膜的形变情况怎样？

学生回答：“立方体在底部没有浮起，左右的橡皮膜凹陷程度相同，上表面的橡皮膜凹陷，下表面的橡皮膜不变。”

问题2：立方体各面的受力情况怎样？

学生回答：“立方体左右两面受力相等，上表面受到水向下的压力，下表面没有受到水的压力。”

教师总结：“与容器底部紧密接触的物体受到水的压力向下，不会浮起。”

最后，教师再演示并提出问题：如图6 往右槽口加水，让学生观察并回答问题。

问题：立方体下面的橡皮膜形变情况怎样？浮沉状态怎样？

学生回答：“在注水过程中，下面的橡皮膜逐渐向上凹陷，当下面橡皮膜的凹陷程度超过上面的橡皮膜时，立方体开始上浮。”

教师总结：“浮力产生的原因是物体上下两表面的压力差。当物体的下表面与底部完全密封（即没有受到水的压力）时，物体不受浮力。”

在学习浮力的方向时，为了让学生理解浮力的方向是竖直向上的，教师可以设计如图7的模型并提出问题：“在气球的下方用细线挂一重物，放入水槽中，改变水槽的角度，请同学们观察悬挂气球的细线方向。”

学生回答：“总是与重垂线重合。”

教师借助精心设计的模型，将抽象的浮力概念具象化，帮助学生直观地理解浮力产生的原因、物体在特殊情况下（如与水底完全密封时）的受力情况以及浮力的方向。学生通过观察模型的变化（橡皮膜的形变、物体的浮沉等），能深入理解浮力相关的知识，从本质上掌握科学原理，而不是单纯地死记硬背。

在教学过程中，教师给学生展示了构建科学模型的过程，向学生传授了科学建模这一重要的科学方法。让学生明白如何从复杂的现实世界中提取关键的特征，构建简化模型来解释和研究自然现象，为今后学生自主探索其他科学知识提供了有效的工具和方法。

文章通过提出一系列问题引导学生观察、思考和推理，锻炼了学生的逻辑思维能力。从观察模型的现象到分析物体的受力情况，再到归纳浮力产生的原因，这一过程培养了学生从现象到本质、从具体到抽象的科学思维方式，提升了学生的科学素养。

图4

图5

图6

四、引导学生大胆提出各种假设并自主设计实验进行验证

图7

科学论证是科学领域的核心素养，是人类揭示真理的逻辑手段和有力武器。学术研究中的观点碰撞存在着严密逻辑，经人们反复论证便形成了科学共识，凭借这些坚实共识论证新的科学命题是突破前沿性难题的重要手段。回顾科学的漫漫征程，科学理论的完善、科学假设的验证都离不开科学论证，因此科学论证是科学领域前行的基石，教师应该引导学生开展探究、讨论并设计实验验证，培养学生的科学论证能力。

例如，在进行人教版初中物理八年级下册“浮力”这一章节教学的过程中，在引导学生探究“影响浮力大小的因素”时，教师首先引导学生从日常生活经验中归纳出可能影响到浮力大小的因素，培养学生的科学论证能力。

首先，教师提出问题1：生活中有哪些例子说明浮力的大小与影响浮力的因素有关？

学生回答1：“铁块沉在水底，木块浮在水面，说明浮力的大小可能与物体的密度有关。”

学生回答2：“体积越大的船，能装更多的货物浮在水面，说明浮力的大小可能与物体的体积有关。”

学生回答3：“漂浮和下沉的物体形状各不相同，说明浮力的大小可能与物体的形状有关。”

学生回答4：“人在游泳池中由浅水区走向深水区的过程中，感到越来越轻，说明浮力的大小可能与物体排开液体的体积有关。”

学生回答5：“往水中加盐搅拌，可使盐水中的鸡蛋浮起，说明浮力的大小可能与液体的密度有关。”

学生回答6：“船