基于发展学生科学思维的物理课堂建构
蔡碧云 邵邦武 郑卫峰
摘 要： 科学思维是物理学科核心素养的核心内容之一.落实科学思维和方法教育是体现物理学科核心价值的重要环节，而课堂教学是落实科学思维和方法教育的主要途径.这就要求物理教师要深入研究高效的课堂教学策略，使科学思维与方法教育落到实处，更好地促进学生核心素养全面发展的物理教学目标得以实现.为此，本文基于发展学生科学思维，以公开课“体积的测量”为例，阐述在课堂教学建构中的教学策略问题.
关键词： 核心素养;科学思维与方法;体积的测量;教学策略
学生物理核心素养的发展是个循序渐进的过程，是每一堂课的具体教学目标在学生头脑中的不断整合和内化.同时，物理核心素养又是主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成[1]，为了实现学生核心素养的全面发展就必须把这些要素落实在每一节课的教学目标中.因此，这就要求物理教师要明确每一节课的物理课的价值以及该一节课是主要促进学生哪一方面的核心素养得到发展，并且围绕学生核心素养的发展，整合教學内容，构建出高效的课堂教学.
本文以公开课“体积的测量”为例，针对如何落实科学思维这一核心素养要素，阐述基于发展学生科学思维的课堂教学建构的教学策略问题.
1 以“物理学史”为载体，显化物理科学方法教育
物理学史反映了物理学概念、定理、定律的酝酿、产生和发展的过程，蕴含了物理学家们研究物理的方法，体现了物理学家们执着追求、坚持真理的精神等，是培育核心素养的重要教学资源[2].因此，在对教学内容进行整合时，深入挖掘所教内容的科学思想和方法，科学使用融入物理学史的教学策略，对物理科学方法教育的效果大有裨益.以下是“体积的测量”一课中的两个教学片段.
【教学片段一】
教师展示中国古代的“斗”以实物的形式展示于课堂之上，并简单介绍了秦始皇统一度量衡的创举，引入课题.继而，介绍欧几里得的几何法测体积.
【教学片段二】
从曹冲称象、阿基米德鉴别王冠的故事启发学生用“等积转换”的等效替代法来测量体积.
以上两个教学片段，从古到今，由国内至国外，横向整合了教学的内容，让学生对“体积的测量”的发展有了一个宏观的认识.在这过程中让学生明白事物在不断发展，社会一直在进步.这既提高学生的民族自豪感，又推动科学态度与责任素养的沉淀和积累.以曹冲称象和物理学家阿基米德鉴别皇冠为引子，启发学生运用“等积转换”的等效替代法，显化科学方法教育.而等效替代法是常用的物理科学方法之一，使用频数也较高.因此，教师注重等效变换的科学方法教育，有利于促进学生灵活运动知识，对知识和技能的迁移也大有帮助.
2 以问题为导向，在层层深入的教学中发展科学思维
在学生探索世界，构建知识，形成能力的过程中，离不开教师对学生的引导和启发[3].以问题为导向，进行诱导教学，能给物理课堂带来不一样的教学效果.教师提出有针对性的问题，有利于激发学生的思维，展开积极的思考.利用诱导式的问题引导学生得出正确处理疑难的方法，这不但可以锻炼学生的思考方式，而且可以提高学生学习物理的自信心.
【教学片段三】
在“不规则固体体积的测量”环节，教师设计了以下两个核心问题：
问题1：液体体积可以直接测量，规则固体体积可以用刻度尺测量.那么，形状不规则的物体体积如何测量？
问题2：用“排水法”测不规则固体的体积时，受到哪些条件限制？
以上教学片段，以问题为导向，提出不规则固体体积该如何测量这一问题.从古人的智慧受启发，自然引导学生用排水法解决生活中的液体和不规则固体的测量;再是由问题“用‘排水法测不规则固体的体积时受到哪些条件限制？”引导出学生用“埋沙法”自然过渡到用“饱和溶液法”测量溶于水的不规则物体;对于浮于水面的物体，从学生用“手压”的方法到用“棍子压”的方法，步步诱导，最终得出用“针压法”和“悬重法”测量浮于水面的物体，比如石蜡;这让学生真正掌握了“饱和溶液法”“针压法”“悬重法”“溢水法”存在的价值和作用.整个过程层层深入，从沉于水的石头到会溶于水的冰糖，再到不沉于水的石蜡等等，层层引导学生经历基本方法“排水法”“埋沙法”“饱和溶液法”“针压法”“悬重法”的运用.利用有梯度的设问，不仅激活了学生的思维，还可以促进学生思维的发展，开发学生的潜能，提高创新能力，将学科核心素养落到实处，不再是束之高阁的空谈.
3 在课堂习题教学中渗透科学思维方法教育
物理学作为方法论代表的学科，有着丰富的思想方法，比如理想模型、外推法、比值定义法、控制变量法、等效替代法等等，应将这些方法渗透在教学之中，内化为学生自己解决问题的方法，成为学生核心素养的一部分[4].习题既是教学内容的重要组成部分，又是渗透科学思维方法的重要途径.因此，为了在物理课堂教学中更好地落实科学方法教育，笔者认为教师首先要明确每节课的课堂习题的设计意图，有针对性地发展学生某方面的核心素养.
在“体积的测量”一课中，教师在“拓展思考”练习环节设计了以下三个思考题.
思考1：一张纸的体积如何测量？
思考2：科学发展到今天，人类已经掌握了许多测量天体的方法.有人利用地面树荫下的光斑来估测太阳的体积：测得树荫下的圆形光斑的直径2.8cm，光斑到树荫的间隙距离为3m.已知太阳到地球的距离为1.5×1011m，估算太阳的体积（如图1所示）.
思考3：大石牌的体积如何测量？
以上三道课堂拓展思考题中“一张纸张的体积如何测量”一题，旨在引导学生抓住有关等效的特点，运用“转换”的等效思维分析和解答相关的物理问题.这也是对本节课的重要科学方法——“等积转换”的等效替代法的巩固和迁移.在解答物理问题的过程中的应用，发展学生能力、提高学生素养.拓展思考题2，一方面加强数理逻辑的训练和培训，提升运用数学知识解决物理问题的能力，注意到不同学科知识之间的联系和渗透.在进行教学设计时，考虑各内容之间的关系，以统筹安排各节课之间的衔接点，有利于具体目标的整合，促进学生核心素养的发展.拓展思考题3正是为下一节密度知识的应用做铺垫，让学生知道还可以根据质量和密度来测量物体的体积，探索永无止境.
4 以“具象圖”为工具，可视化思维过程
目前，物理教学改进的重要方向是引导学生关联整合所学的知识，发展物理核心素养[5].新思维具象法（New Thinking Visualization）是指通过深入地理解性逻辑与结构化思考，借助拟人化或拟物化的图形方式，将原本看不见的、抽象的学科知识的逻辑关联、结构以及思维路径转化成为看得见的、具象化的图形表达，从而达到物理知识架构与物理思维逻辑架构的高度融合与统一以及思维可视化与知识可视化的统一.
在教学的“课堂总结”环节，教师运用具象法进行板书设计和课堂总结，如图2所示.
通过具物化的实验探究过程，训练具象思维，构建具象图.在构建具象图的过程中，将知识生动地呈现在一只“蝴蝶”上， 帮助学生建立更加完善、 合理的物理知识体系，促进学生物理学习能力和效率的提高.还会产生有“见碟如见课”的效果.因此，物理教师在课堂教学中要有意识引导学生在学习中应用“新思维具象法”，帮助学生更好感知和把握知识的内在联系，形成良好的思考习惯.这会大大提高物理教学实效.
5 结语
“体积的测量”一课是以发展学生物理学科核心素养中“科学思维”这一要素为着力点，具体化教学目标.根据需要整合教学内容，深入挖掘了每个教学内容的教育价值.在教学的各个环节中渗透科学思维方法教育，促进高效的核心素养课堂建构.最后，我们认为，实施物理核心素养为导向的物理教学，需要物理老师具体去分析每节课在促进学生核心素养发展中所起得作用，明确每一节课主要发展学生哪些方面的核心素养.在确定教学目标之后，深入整合教学内容，研究构建核心素养课堂的建构和落实的策略.只要这样，发展学生核心素养才不会成为空谈.
参考文献：
[1] 胡卫平. 物理学科核心素养的建构[J]. 中学物理教学参考， 2017（13）： 1-3.
[2] 王高. 融入物理学史 培育核心素养[J]. 物理教师， 2017（11）： 26-30.
[3] 林钦，陈峰，宋静. 关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J]. 课程·教材·教法， 2015（12）： 90-95.
[4] 沈金林. 基于核心素养导向的物理习题教学策略[J]. 物理教学， 2017（4）： 2-6.
[5] 郭玉英，姚建欣，张玉峰，等. 基于学生核心素养的物理学科能力研究[M]. 北京：北京师范大学出版社，2017.
摘 要： 科学思维是物理学科核心素养的核心内容之一.落实科学思维和方法教育是体现物理学科核心价值的重要环节，而课堂教学是落实科学思维和方法教育的主要途径.这就要求物理教师要深入研究高效的课堂教学策略，使科学思维与方法教育落到实处，更好地促进学生核心素养全面发展的物理教学目标得以实现.为此，本文基于发展学生科学思维，以公开课“体积的测量”为例，阐述在课堂教学建构中的教学策略问题.
关键词： 核心素养;科学思维与方法;体积的测量;教学策略
学生物理核心素养的发展是个循序渐进的过程，是每一堂课的具体教学目标在学生头脑中的不断整合和内化.同时，物理核心素养又是主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成[1]，为了实现学生核心素养的全面发展就必须把这些要素落实在每一节课的教学目标中.因此，这就要求物理教师要明确每一节课的物理课的价值以及该一节课是主要促进学生哪一方面的核心素养得到发展，并且围绕学生核心素养的发展，整合教學内容，构建出高效的课堂教学.
本文以公开课“体积的测量”为例，针对如何落实科学思维这一核心素养要素，阐述基于发展学生科学思维的课堂教学建构的教学策略问题.
1 以“物理学史”为载体，显化物理科学方法教育
物理学史反映了物理学概念、定理、定律的酝酿、产生和发展的过程，蕴含了物理学家们研究物理的方法，体现了物理学家们执着追求、坚持真理的精神等，是培育核心素养的重要教学资源[2].因此，在对教学内容进行整合时，深入挖掘所教内容的科学思想和方法，科学使用融入物理学史的教学策略，对物理科学方法教育的效果大有裨益.以下是“体积的测量”一课中的两个教学片段.
【教学片段一】
教师展示中国古代的“斗”以实物的形式展示于课堂之上，并简单介绍了秦始皇统一度量衡的创举，引入课题.继而，介绍欧几里得的几何法测体积.
【教学片段二】
从曹冲称象、阿基米德鉴别王冠的故事启发学生用“等积转换”的等效替代法来测量体积.
以上两个教学片段，从古到今，由国内至国外，横向整合了教学的内容，让学生对“体积的测量”的发展有了一个宏观的认识.在这过程中让学生明白事物在不断发展，社会一直在进步.这既提高学生的民族自豪感，又推动科学态度与责任素养的沉淀和积累.以曹冲称象和物理学家阿基米德鉴别皇冠为引子，启发学生运用“等积转换”的等效替代法，显化科学方法教育.而等效替代法是常用的物理科学方法之一，使用频数也较高.因此，教师注重等效变换的科学方法教育，有利于促进学生灵活运动知识，对知识和技能的迁移也大有帮助.
2 以问题为导向，在层层深入的教学中发展科学思维
在学生探索世界，构建知识，形成能力的过程中，离不开教师对学生的引导和启发[3].以问题为导向，进行诱导教学，能给物理课堂带来不一样的教学效果.教师提出有针对性的问题，有利于激发学生的思维，展开积极的思考.利用诱导式的问题引导学生得出正确处理疑难的方法，这不但可以锻炼学生的思考方式，而且可以提高学生学习物理的自信心.
【教学片段三】
在“不规则固体体积的测量”环节，教师设计了以下两个核心问题：
问题1：液体体积可以直接测量，规则固体体积可以用刻度尺测量.那么，形状不规则的物体体积如何测量？
问题2：用“排水法”测不规则固体的体积时，受到哪些条件限制？
以上教学片段，以问题为导向，提出不规则固体体积该如何测量这一问题.从古人的智慧受启发，自然引导学生用排水法解决生活中的液体和不规则固体的测量;再是由问题“用‘排水法测不规则固体的体积时受到哪些条件限制？”引导出学生用“埋沙法”自然过渡到用“饱和溶液法”测量溶于水的不规则物体;对于浮于水面的物体，从学生用“手压”的方法到用“棍子压”的方法，步步诱导，最终得出用“针压法”和“悬重法”测量浮于水面的物体，比如石蜡;这让学生真正掌握了“饱和溶液法”“针压法”“悬重法”“溢水法”存在的价值和作用.整个过程层层深入，从沉于水的石头到会溶于水的冰糖，再到不沉于水的石蜡等等，层层引导学生经历基本方法“排水法”“埋沙法”“饱和溶液法”“针压法”“悬重法”的运用.利用有梯度的设问，不仅激活了学生的思维，还可以促进学生思维的发展，开发学生的潜能，提高创新能力，将学科核心素养落到实处，不再是束之高阁的空谈.
3 在课堂习题教学中渗透科学思维方法教育
物理学作为方法论代表的学科，有着丰富的思想方法，比如理想模型、外推法、比值定义法、控制变量法、等效替代法等等，应将这些方法渗透在教学之中，内化为学生自己解决问题的方法，成为学生核心素养的一部分[4].习题既是教学内容的重要组成部分，又是渗透科学思维方法的重要途径.因此，为了在物理课堂教学中更好地落实科学方法教育，笔者认为教师首先要明确每节课的课堂习题的设计意图，有针对性地发展学生某方面的核心素养.
在“体积的测量”一课中，教师在“拓展思考”练习环节设计了以下三个思考题.
思考1：一张纸的体积如何测量？
思考2：科学发展到今天，人类已经掌握了许多测量天体的方法.有人利用地面树荫下的光斑来估测太阳的体积：测得树荫下的圆形光斑的直径2.8cm，光斑到树荫的间隙距离为3m.已知太阳到地球的距离为1.5×1011m，估算太阳的体积（如图1所示）.
思考3：大石牌的体积如何测量？
以上三道课堂拓展思考题中“一张纸张的体积如何测量”一题，旨在引导学生抓住有关等效的特点，运用“转换”的等效思维分析和解答相关的物理问题.这也是对本节课的重要科学方法——“等积转换”的等效替代法的巩固和迁移.在解答物理问题的过程中的应用，发展学生能力、提高学生素养.拓展思考题2，一方面加强数理逻辑的训练和培训，提升运用数学知识解决物理问题的能力，注意到不同学科知识之间的联系和渗透.在进行教学设计时，考虑各内容之间的关系，以统筹安排各节课之间的衔接点，有利于具体目标的整合，促进学生核心素养的发展.拓展思考题3正是为下一节密度知识的应用做铺垫，让学生知道还可以根据质量和密度来测量物体的体积，探索永无止境.
4 以“具象圖”为工具，可视化思维过程
目前，物理教学改进的重要方向是引导学生关联整合所学的知识，发展物理核心素养[5].新思维具象法（New Thinking Visualization）是指通过深入地理解性逻辑与结构化思考，借助拟人化或拟物化的图形方式，将原本看不见的、抽象的学科知识的逻辑关联、结构以及思维路径转化成为看得见的、具象化的图形表达，从而达到物理知识架构与物理思维逻辑架构的高度融合与统一以及思维可视化与知识可视化的统一.
在教学的“课堂总结”环节，教师运用具象法进行板书设计和课堂总结，如图2所示.
通过具物化的实验探究过程，训练具象思维，构建具象图.在构建具象图的过程中，将知识生动地呈现在一只“蝴蝶”上， 帮助学生建立更加完善、 合理的物理知识体系，促进学生物理学习能力和效率的提高.还会产生有“见碟如见课”的效果.因此，物理教师在课堂教学中要有意识引导学生在学习中应用“新思维具象法”，帮助学生更好感知和把握知识的内在联系，形成良好的思考习惯.这会大大提高物理教学实效.
5 结语
“体积的测量”一课是以发展学生物理学科核心素养中“科学思维”这一要素为着力点，具体化教学目标.根据需要整合教学内容，深入挖掘了每个教学内容的教育价值.在教学的各个环节中渗透科学思维方法教育，促进高效的核心素养课堂建构.最后，我们认为，实施物理核心素养为导向的物理教学，需要物理老师具体去分析每节课在促进学生核心素养发展中所起得作用，明确每一节课主要发展学生哪些方面的核心素养.在确定教学目标之后，深入整合教学内容，研究构建核心素养课堂的建构和落实的策略.只要这样，发展学生核心素养才不会成为空谈.
参考文献：
[1] 胡卫平. 物理学科核心素养的建构[J]. 中学物理教学参考， 2017（13）： 1-3.
[2] 王高. 融入物理学史 培育核心素养[J]. 物理教师， 2017（11）： 26-30.
[3] 林钦，陈峰，宋静. 关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J]. 课程·教材·教法， 2015（12）： 90-95.
[4] 沈金林. 基于核心素养导向的物理习题教学策略[J]. 物理教学， 2017（4）： 2-6.
[5] 郭玉英，姚建欣，张玉峰，等. 基于学生核心素养的物理学科能力研究[M]. 北京：北京师范大学出版社，2017.
