科学探究：思维不能缺席 ———对“牛顿第一定律”教学的深度思考

发布时间：2021-04-28

　　摘要：科学探究是物理学科核心素养的基础，思维是科学探究的灵魂.在物理教学中要抓住物理的本质特征，充分重视理性思维训练，促进学生的思维生长，让物理核心素养真正在课堂教学中落地.

　　关键词：科学探究;理性思维;思维生长

　　科学探究是人们发现规律、获取知识的主要过程和重要方法，是物理教学的重要目标、内容和手段.科学探究是物理学科核心素养重要内容之一，也是物理观念、科学思维、科学态度与责任素养培育的基础.然而，中学物理实际教学中大部分老师搞的是“速成探究”而不是科学探究，即老师带着学生快速地完成探究程序，有“形式”却鲜见效果，欲速而不达.究其原因主要是在科学探究中让“思维”缺席了，学生不能形成自己的思考，被动地跟着老师“探究”，这种状况急需变革.本文以“牛顿第一定律”的教学为例做一深度探究.

　　1格物致理：物理的本质特征

　　物理学是基于观察、实验来建构物理模型，通过科学推理、论证来揭示自然界物质的基本结构、相互作用和运动规律，即：格物致理，格物———探究自然界的万事万物，致理———搞清其中的道理(客观规律、客观方法、客观理性)并加以运用，可见，科学探究是物理学的本质特征

　　.物理教育应该尊重物理学发展的历程，引领学生体验物理学发现、发展的探究过程.人类很早以前就对力和运动的关系进行了研究，基于不同的研究方法，产生了不同的认识，其中以亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿的观点最具代表性，见表1.师生通过查阅物理学史资料、辩论、实验探究等方式了解他们的观点、研究方法以及认识发展变化，体验到物理学是以真实证据为基础，通过归纳与演绎推理、理想实验等科学方法来建立合理性关系的过程.物理学总是在探究中不断发展、完善的，进一步理解牛顿“是站在巨人的肩膀上”的意义.

　　科学探究充分体现了物理本质与教育本质的结合.物理本质的探究是不断追求真理和修正错误、不断地创新，学习物理如果忽视了对科学探究过程的理解和体验，就难以理解物理的本质;教育本质的探究是促进人的发展，即通过探究具体情境，获得知识、方法、技能以及客观理性，促进人的科学素养的全面提升.所以，核心素养背景下的物理教学更应重视科学探究!

　　2理性思维：科学探究的灵魂

　　物理的发展是以实验为基础、以思维为中心的，两者在探究过程中是互为融通的，伽利略的“理想斜面实验”正是实验和思维有机结合的事例.

　　科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素，它有两种形式：实验探究和理论探究.实验探究不仅是观察、操作、记录和处理信息，其中，提出问题、形成猜想和假设、设计实验和制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思等更是一种自觉的创造性活动，自始至终闪耀着理性思维的光辉，所以，理性思维是物理实验的生命，它始终贯穿在基于实验的物理概念的形成、理论的建立过程中，离开了理性思维，物理实验就会因为盲目而丧失力量.

　　在牛顿第一定律教学中，基于真实的情境，抓住问题、证据、解释、交流等要素，展开探究教学，具体设计为.

　　(1)情境

　　.情境包括生活实际情境和学习探索情境.情境必须是真实的并且与研究的内容相关.例如：推箱子、敲铁钉、踢足球、火车进站等都是与力有关的学生生活的真实情境.对于这些生活情境，教师首先需要“翻译”成物理语言来表述，比如：“汽车从刹车到停下来”表述为汽车刹车时速度减小到0.然后发现这些情境中的共同特征：运动物体的速度都减小为0.再从共同特征中发现问题、提出问题.即真实情境—物理语言表达—归纳出共同特征—发现问题、提出问题.

　　(2)问题.

　　基于情境或实验现象分析提出科学问题，这些问题大体分为3个层次.同样，根据已有的经验和知识对问题解决形成猜想与假设，也可以分为3个层次(见表2).

　　教学中根据学生的情况循序渐进，逐步提高.

　　(3)证据.

　　为验证假设选择实验器材、设计实验，操作实验，并能从实验中全面、客观地获取信息，分为3个层次进行(见表3).

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　　证据不仅是为归纳特征、获得结论提供必要的信息，还是通过实验等途径获得证据进行证明的过程，让学生获得物理知识的同时能够经历推理等思维过程体验，发展高阶思维能力，提高科学思维品质，这是实验探究中应该高度重视的内容.

　　(4)解释

　　.科学地处理证据，能客观、直观地呈现信息，运用科学的思维进行概括、推理，进而得出结论(见表5).

　　(5)交流.

　　让学生准确地表达出自己的观点，并认真倾听别人的观点，对结论、过程、方法以及结论进行反思(见表6).

　　交流中问题的提出、方案的设计、信息收集和处理、结论的得出及解释、反思等，以及文字、表格、图像、公式等都需要准确和富有逻辑性.

　　本课题探究中我们清楚地看到：“实验”帮助我们收集一些证据，包括：现象发生的条件、现象的重要特征、现象变化的量值、影响现象变化量值的关键因素.但是，这些证据并不能揭示出事物的本质规律.而“理性思维”帮助我们分析、归纳、概括，得出了合理的推论.“理性思维”是指把收集到的证据，通过大脑“加工处理，去粗取精，去伪存真”的过程，即发现事物中最本质的东西.

　　可见，牛顿第一定律是在理想条件下，借助理想实验，通过逻辑推理的方法得到的.理性思维在揭示事物本质过程中起到关键性、决定性的作用，所以说，思维是科学探究的灵魂.

　　3实验探究：思维生长的沃土

　　德波诺说过：思维就是为了某一目的的探究.实验操作不仅是在思维控制下的一种思维的“外现”，更重要的是在实验操作过程中，对思维相关因素的活跃以及品质产生一种刺激的作用.

　　从实验探究目的看，检验物理理论、发现物理规律或物理特征、测定物理量等，都需要巧妙构思、精心设计出科学的探究方案，以求对探究的问题做出客观真实的回答，这实际上是一个缜密的思维过程;从实验的操作看，测量什么、如何测量及保证实验的精度?以及如何控制变量、获得信息等，理性思维仍需占据主导地位;从实验数据的分析处理看，更是显示了理性思维的突出地位，且对实验结果作恰当正确的理论解释和概括，无疑是更高层次理性思维的产物，往往由此导致新的科学发现，所以说实验探究是思维生长的沃土.

　　在牛顿第一定律教学中，实验中活化思维，通过实验进一步优化思维，处处促进学生思维的生长.思维生长的主要着力点见表7.

　　科学家的探究总是从问题开始，又以问题结束.教学中的科学探究既能让物理魅力增加，课堂更精彩，更能让学生的思维得到发展、生长，科学开展探究教学正是物理核心素养落地的重要抓手，值得我们深度思考、有效实施.——论文作者：王高