《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵中的“科學(xué)思維”作出明確解釋：科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式；是建構(gòu)物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維是實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育要求的重要路徑，也是物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐中應(yīng)著重考慮的關(guān)鍵要素。

本文對(duì)基于促成學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐這一課題展開討論，分析其意義與要點(diǎn)，并結(jié)合《標(biāo)準(zhǔn)》要求提出培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理、科學(xué)創(chuàng)新、科學(xué)抽象、科學(xué)探究等思維的指導(dǎo)方法，旨在優(yōu)化初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)，提高學(xué)科教學(xué)實(shí)踐水平。

一、基于促成學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的初中物理教學(xué)的意義

（一）發(fā)揮學(xué)科教學(xué)價(jià)值

首先，將培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維作為初中物理教學(xué)重點(diǎn)符合《標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，有助于提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。其次，學(xué)生具備良好的科學(xué)思維，能夠深入理解物理知識(shí)原理及規(guī)律，探尋應(yīng)用方法，對(duì)提高學(xué)習(xí)能力有著積極的作用。最后，科學(xué)思維培養(yǎng)契合物理學(xué)科教學(xué)特點(diǎn)，使教師更注重學(xué)生綜合能力的發(fā)展。綜合來看，基于促成學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展進(jìn)行初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，能夠體現(xiàn)學(xué)科教學(xué)的價(jià)值。

（二）提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

學(xué)習(xí)體驗(yàn)在某種程度上決定著學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。學(xué)習(xí)體驗(yàn)由學(xué)習(xí)活動(dòng)提供，這要求教師在學(xué)科教學(xué)中為學(xué)生創(chuàng)造更多樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)，既能提升其課堂學(xué)習(xí)的積極性，又能使其收獲物理學(xué)習(xí)的成就感。在豐富的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生通過自主思考、探索、實(shí)踐等多種形式對(duì)物理知識(shí)展開探究，有助于科學(xué)思維的發(fā)展。由此可見，將促成學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展作為初中物理重點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)，某種程度上有利于提升其課堂體驗(yàn)感。

（三）發(fā)展學(xué)生綜合素養(yǎng)

相較于其他學(xué)科，物理學(xué)科更強(qiáng)調(diào)綜合性，這種綜合性體現(xiàn)在物理學(xué)科教學(xué)融合了多個(gè)學(xué)科教學(xué)的特點(diǎn)。一方面，物理知識(shí)原理講解與數(shù)學(xué)公式講解具有共性；另一方面，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也與化學(xué)實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)等存在共同點(diǎn)，均為通過動(dòng)手實(shí)踐驗(yàn)證相關(guān)原理。因此，物理學(xué)習(xí)有助于學(xué)生綜合素養(yǎng)的提升，而致力于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維便是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑。

二、基于促成學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐要點(diǎn)

（一）培養(yǎng)科學(xué)意識(shí)

物理知識(shí)來源于物理現(xiàn)象，而物理現(xiàn)象蘊(yùn)含著物理原理。正確解釋物理現(xiàn)象、發(fā)掘物理知識(shí)、認(rèn)識(shí)物理原理，需要學(xué)生具備良好的科學(xué)意識(shí)，這正是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要前提。因此，教師在初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐活動(dòng)中應(yīng)明確培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)意識(shí)這一重點(diǎn)要求，引導(dǎo)其從學(xué)科角度思考和解決物理問題，在意識(shí)和形態(tài)方面做出轉(zhuǎn)變，形成科學(xué)觀念，促進(jìn)自身科學(xué)思維的良好發(fā)展。

（二）注重思維發(fā)展

形成科學(xué)思維素養(yǎng)需要依靠思維能力。作為素養(yǎng)的核心內(nèi)容，思維能力對(duì)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的思維活動(dòng)、知識(shí)理解等方面都具有關(guān)鍵性的影響。由此可見，教師在進(jìn)行學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐工作中，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力作為發(fā)展其科學(xué)思維的主要著力點(diǎn)，致力于引導(dǎo)其在學(xué)習(xí)中主動(dòng)思考、積極探究，避免存在思維被動(dòng)和對(duì)學(xué)習(xí)方法理解不當(dāng)?shù)葐栴}。在逐步深化學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)理解的過程中，促進(jìn)其科學(xué)思維素養(yǎng)的形成。

三、基于促成學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐方法

（一）構(gòu)建問題支架，形成科學(xué)推理思維

推理在科學(xué)思維培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用，物理學(xué)科中的推理本質(zhì)是學(xué)生在分析已知信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科相關(guān)知識(shí)，對(duì)問題答案展開思考和探究的過程?？梢?，問題是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推理活動(dòng)的關(guān)鍵。在學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)根據(jù)教材內(nèi)容設(shè)置對(duì)應(yīng)的問題，并在教學(xué)實(shí)踐中通過問題支架的構(gòu)建，有效激活學(xué)生的科學(xué)推理思維，引導(dǎo)其進(jìn)入深度思考狀態(tài)，提高問題解決能力和物理推理能力。

例如，在浙教版七年級(jí)上冊(cè)“熔化與凝固”一課教學(xué)中，教師應(yīng)從“物質(zhì)的形態(tài)變化”這一探究點(diǎn)切入，引導(dǎo)學(xué)生通過推理了解物質(zhì)的固體和液態(tài)之間存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，總結(jié)熔化與凝固的含義，培養(yǎng)推理思維。

在導(dǎo)入階段，教師引入案例：我們生活中常見的金屬通常以固體形式存在，但是在煉鋼廠中，煉鋼人員通過一系列加工，將固態(tài)的金屬變?yōu)橐簯B(tài)形式。結(jié)合案例，教師提出問題：“固態(tài)的金屬是如何變?yōu)橐簯B(tài)的？”并由此設(shè)置問題支架：

（1）哪些金屬在常態(tài)下是固態(tài)的？

（2）煉鋼廠中的鋼水是鋼的什么形態(tài)？

（3）物理學(xué)中如何定義鋼變?yōu)殇撍约颁撍優(yōu)殇摰奈镔|(zhì)形態(tài)變化過程？

在問題（1）中，學(xué)生可以聯(lián)系生活實(shí)際，列舉自己常見的金屬，如鐵、鋼、鋁，將熟悉的事物作為研究對(duì)象，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活其科學(xué)推理思維。譬如，教師引導(dǎo)學(xué)生將“鋼”這種生活中常見的金屬作為本課的研究對(duì)象，與案例相結(jié)合，在問題（1）的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)問題（2）和問題（3），促使學(xué)生對(duì)鋼這種固體金屬的其他存在形式進(jìn)行研究。在問題（2）中，學(xué)生結(jié)合教師給出的案例自主搜集與“工廠煉鋼”相關(guān)的資料，了解“煉鋼”的基本操作流程，使教學(xué)聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用案例輔助，讓學(xué)生了解“鋼水”這一金屬的液態(tài)存在形式，為學(xué)習(xí)物理學(xué)中的“熔化”概念奠定基礎(chǔ)。而在問題（3）中，學(xué)生將在前兩個(gè)問題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究鋼與鋼水之間的轉(zhuǎn)化條件，了解“熔化”是物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程，而“凝固”是物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，逐步接近“熔化與凝固”的概念本質(zhì)，經(jīng)歷完整的推理過程。

在此基礎(chǔ)上，教師引出“熔化與凝固”，并與探究點(diǎn)“鋼與鋼水之間的轉(zhuǎn)化”銜接，設(shè)置問題支架：

（1）鋼變?yōu)殇撍枰裁礂l件？

（2）鋼水變?yōu)殇撔枰裁礂l件？

（3）物質(zhì)熔化與凝固需要什么條件？

聯(lián)系上一知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過思考很快便能得出相應(yīng)的答案：固態(tài)形式的鋼需要通過加熱達(dá)到鋼的熔點(diǎn)，繼續(xù)加熱后，固態(tài)的鋼將逐漸變?yōu)橐簯B(tài)的鋼，也就是鋼水；在停止加熱后，隨著溫度不斷降低，在鋼的熔點(diǎn)以下，鋼水又會(huì)變?yōu)槌B(tài)下固態(tài)形式的鋼。經(jīng)上述推理，學(xué)生總結(jié)：熔化需要升溫，而凝固需要降溫。通過一系列的推理活動(dòng)，在探討“物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)變”話題中，學(xué)生的思維水平得以提升。

（二）巧用思維導(dǎo)圖，培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新思維

作為廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科教學(xué)中的重要輔助工具，思維導(dǎo)圖在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方面同樣具有重要價(jià)值。思維導(dǎo)圖能夠清晰地展現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，體現(xiàn)教材中不同模塊內(nèi)容的相關(guān)性和共通性，幫助學(xué)生掌握學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。教師在物理教學(xué)實(shí)踐中靈活運(yùn)用思維導(dǎo)圖，既能將學(xué)科知識(shí)以框架形式進(jìn)行呈現(xiàn)，又能突破傳統(tǒng)線性知識(shí)講解的局限性，使學(xué)生的學(xué)習(xí)思維得到創(chuàng)新。在思維導(dǎo)圖系統(tǒng)性和邏輯性的帶動(dòng)下，教師引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)方面對(duì)學(xué)科知識(shí)展開思考，提升其科學(xué)思維品質(zhì)。

例如，在浙教版七年級(jí)下冊(cè)“力的存在”一課教學(xué)中，“力是物體之間的相互作用”是本課的核心知識(shí)概念，“力的作用效果”“如何改變施力現(xiàn)象”“常見的力學(xué)現(xiàn)象”等相關(guān)知識(shí)都圍繞這一核心知識(shí)點(diǎn)展開。結(jié)合課程知識(shí)結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖整合課程內(nèi)容，提煉核心概念，創(chuàng)新學(xué)習(xí)方法。

教師應(yīng)為學(xué)生介紹“力”這一重要的物理量，對(duì)接生活，通過生活案例導(dǎo)入，使學(xué)生認(rèn)識(shí)生活中的力，在觀察、分析、猜想、驗(yàn)證等一系列思維活動(dòng)中，總結(jié)力的概念，初步構(gòu)建思維導(dǎo)圖基本框架。譬如，教師鼓勵(lì)學(xué)生列舉自然、生活或者生產(chǎn)中有關(guān)于力的事例，如寫字、畫畫、跑步、做家務(wù)等。在教師的點(diǎn)撥下，學(xué)生將自己想象為施力的“物體”，將其他事物想象為受力的“物體”，由此總結(jié)出：力是物體對(duì)物體的作用效果。

在此基礎(chǔ)上，“力”的思維導(dǎo)圖應(yīng)劃分出“力的作用效果”“力的施加方向”等分支，使學(xué)生理清學(xué)習(xí)思路，在明確“力是什么”的基礎(chǔ)上，對(duì)“力”展開進(jìn)一步探究。在該部分教學(xué)中，教師應(yīng)讓學(xué)生親自演示“施力”的過程，并由此分析“力的作用效果”與“力的施加方向”。譬如，教師指導(dǎo)兩名學(xué)生各執(zhí)彈簧一端，將彈簧用力拉開，思考在這一過程中存在哪些力。在這一活動(dòng)中，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到“力能夠使物體發(fā)生形變”“力的作用是相互的”，而對(duì)于“力的施加方向”，應(yīng)分為學(xué)生和彈簧分別討論，學(xué)生施加的力是向外的，而彈簧施加的力是向內(nèi)的，兩者處于平衡狀態(tài)。至此，學(xué)生利用思維導(dǎo)圖實(shí)現(xiàn)了“力是什么”“力的作用效果”“力的方向”等內(nèi)容的串聯(lián)，其物理思維能力也隨之得到提高。

（三）搭建物理模型，發(fā)展科學(xué)抽象思維

初中階段是學(xué)生初次接觸物理知識(shí)的時(shí)期，初中物理學(xué)科知識(shí)因較為抽象，對(duì)學(xué)生而言具有一定的理解難度，若致力于發(fā)展其科學(xué)思維，教師需要結(jié)合物理學(xué)科知識(shí)的特點(diǎn)創(chuàng)新講解形式。教學(xué)模型的搭建實(shí)現(xiàn)了物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的連接，也能夠?qū)⒊橄蟮奈锢碇R(shí)概念具象化表達(dá)，有利于學(xué)生掌握物理知識(shí)規(guī)律，形成科學(xué)的抽象思維。教師應(yīng)把握搭建物理模型的核心要求，即“把握核心要素，簡化物理概念”，在模型中突出教學(xué)重難點(diǎn)，促使學(xué)生高效完成知識(shí)的內(nèi)化與遷移。

例如，在浙教版七年級(jí)上冊(cè)“物質(zhì)的密度”一課教學(xué)中，“密度”雖然是物質(zhì)的一種特性，但是“密度”是看不見摸不著的，抽象性的特點(diǎn)決定了其具有一定的學(xué)習(xí)難度，教師要借助物理模型引導(dǎo)學(xué)生形象地了解“什么是密度”以及“密度如何測算”。

在教學(xué)中，教師應(yīng)以直觀演示的方式向?qū)W生展示密度對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的決定性作用，便于其初步建立“密度”的物理概念。教師準(zhǔn)備相同體積的鐵塊和木塊，向?qū)W生提問：“鐵塊和木塊大小一致，那么兩者的質(zhì)量孰大孰小呢？”學(xué)生運(yùn)用常識(shí)直接回答出：“相同體積下，鐵塊的質(zhì)量大于木塊。”教師追問：“體積相同的前提下，是什么決定著鐵塊質(zhì)量大于木塊呢？”“密度”這一物理概念逐漸“浮出水面”，學(xué)生了解到物質(zhì)除了質(zhì)量和體積這兩種能夠直觀觀察到的特性以外，還存在一種肉眼看不到的特性，即“密度”。

隨后，教師進(jìn)一步完善物理概念模型，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“密度的測算”展開進(jìn)一步探究。通過聯(lián)系已學(xué)知識(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生思考：“質(zhì)量、體積、密度既然都是物質(zhì)的基本特性，那么三者之間是否存在特定關(guān)系呢？”教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維模型，嘗試運(yùn)用直觀的質(zhì)量與體積這兩種物理量，探索密度這一抽象物理量與其之間的關(guān)系，使學(xué)生通過親身體驗(yàn)認(rèn)識(shí)“密度是質(zhì)量與體積的比值”這一物理關(guān)系，并回歸教學(xué)初始階段，運(yùn)用密度測算公式解釋體積相同的前提下，鐵塊質(zhì)量大于木塊是因?yàn)殍F的密度大于木頭，從而構(gòu)建完整的物理模型，實(shí)現(xiàn)教學(xué)閉環(huán)。

（四）重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，鍛煉科學(xué)探究思維

物理原理的揭示與物理規(guī)律的總結(jié)離不開物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)中，趣味多變的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，直觀觀察的學(xué)習(xí)方式能夠深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)科重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與探究情境結(jié)合進(jìn)行，在情境中導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)課題，激活學(xué)生的物理探究思維，在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證物理猜想，鍛煉其實(shí)踐操作能力，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生良好的探究意識(shí)，發(fā)展其科學(xué)探究思維。

例如，在浙教版七年級(jí)下冊(cè)“重力”一課教學(xué)中，本課應(yīng)基于“從現(xiàn)象出發(fā)，經(jīng)過分析、比較得出結(jié)論”的思路開展教學(xué)活動(dòng)，通過關(guān)于重力的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，組織學(xué)生歸納“重力的概念”“重力的大小和方向”等相關(guān)內(nèi)容。

“重力的概念”“重力與質(zhì)量的關(guān)系”是課程的重點(diǎn)內(nèi)容，教學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)圍繞這兩個(gè)內(nèi)容展開，引導(dǎo)學(xué)生由“現(xiàn)象”看“本質(zhì)”。教師準(zhǔn)備秒表和質(zhì)量不同的木球，指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作：一名學(xué)生負(fù)責(zé)將木球舉到一定的高度后釋放，質(zhì)量大和質(zhì)量小的木球釋放的高度應(yīng)保持一致，另一名學(xué)生負(fù)責(zé)在木球釋放后開始計(jì)時(shí)，在木球接觸地面的一刻停止計(jì)時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生收集計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，比較質(zhì)量大的木球與質(zhì)量小的木球所需的落地時(shí)間，發(fā)現(xiàn)在幾次實(shí)驗(yàn)后，質(zhì)量大的木球的落地時(shí)間都小于質(zhì)量小的木球落地時(shí)間。結(jié)合這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師組織學(xué)生合作討論：木球落地所做的是什么運(yùn)動(dòng)？需要借助什么力？為什么質(zhì)量大的木球落地更快？

通過本課的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生在實(shí)踐操作中能夠認(rèn)識(shí)到：物體本身具有重力，重力大小由物體質(zhì)量大小決定，兩者成正比關(guān)系；在物體做自由落體的過程中，重力轉(zhuǎn)化為重力勢能，使物體受到豎直向下的力的作用，重力越大，重力勢能越大，因此質(zhì)量較大的木球落地更快。至此，學(xué)生通過自主探究了解了重力的本質(zhì)，同時(shí)形成了“在探索中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，在實(shí)踐中獲得新知”的物理學(xué)習(xí)思維，思維能力與問題解決能力得以同步提高。

四、結(jié)語

科學(xué)思維是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)所必備的素養(yǎng)之一，在初中物理教學(xué)中，以促成學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展為學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐的總體目標(biāo)，對(duì)推動(dòng)物理學(xué)科教學(xué)改革和教法創(chuàng)新均具有重要意義。教師應(yīng)深知科學(xué)思維發(fā)展需要以豐富的教學(xué)活動(dòng)為載體，通過多種教學(xué)手段增強(qiáng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)，降低物理學(xué)習(xí)難度，助力學(xué)生取得良好的學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維發(fā)展目標(biāo)。