中学物理课程与科学思维的培养

人教社张颖 段郎物理工作平台 2021-07-22

科学思维的培养能够让学生形成一种有效的思辨能力，它能引领学生独立思考，使学生持续获得新的知识和技能，拥有科学思维的学生更容易成为快速学习者和新知识的发现者。因此，科学思维是每个学生必备的基本素质。

一、为什么要培养科学思维？

科学思维能帮助我们：

• 更好地解题（物理解题就是推理过程）；

• 做出新发现（科学发现需要质疑创新）；

• 识别伪科学（“青蛙的耳朵在哪里？”）；

• 防止被忽悠（“消毒水治疗新冠病毒”）。

二、科学思维是什么？

• 科学思维是一种认识方式。其目标是认识客观事物的本质属性、内在规律及其相互关系。

• 科学思维包含多种认知方法。为了达到上述的认识目标，要在证据的基础上运用抽象概括、分析综合、推理论证、模型建构等方法。

• 科学思维还是一种品格。这种品格具有严谨、质疑、批判和创新的取向和特质。

科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素：

1. 模型建构

原型——模型。“科学的基本活动就是探索和制定模型。”

高中物理课程中的两种主要理想模型：

(1)关于研究对象或装置的理想模型：

质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、匀强电场、理想变压器等。

(2)关于运动过程的理想模型：

匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动、简谐运动、弹性碰撞、等温过程、绝热过程等。

2. 科学推理

• 演绎推理是从一般性结论推出个别性结论的推理。

如果前提为真，论证有效，那么结论也一定为真。在可靠的推理中，演绎推理的结论包含于前提中。

• 归纳推理是由一些个别的、特殊的判断推出一般性判断的推理。

• 类比推理是根据两个对象在某些属性上相似，从而推出它们在另一个属性上也可能相似的一种推理形式。

掌握的相似属性越多，类比推出的结论的可靠性就越高；而相似属性越是本质的属性，类比推出的结论的可靠性则越高。

3. 科学论证

依据事实（证据）进行分析、推理得到结论。也可分为演绎论证和归纳论证等。

4. 质疑创新

质疑的行为大致可以分为两个层次：

一是对知识了解不够，没有弄懂，无法解决具体问题，提出疑问，这是低层次的；

二是发现所观察到的现象与已有认知不吻合，或者发现已有认知之间不能自洽，从而对现有认知的科学性和合理性提出疑问，以至于萌发出新的猜想，这是高层次的。

好的质疑应该基于观察，由认知冲突引发。问题的质量比问题的数量更重要。

5. 对科学思维的进一步思考

• 科学思维素养与其他物理学科素养；

物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，这四个要素相对独立，又彼此联系，它们不能割裂，而是有机地融为一体。

• 科学思维与理性思维；

科学思维与理性思维的共同核心是实证和逻辑。科学思维基于证据和逻辑，同时直觉、信念、洞察力等因素也起着重要作用。

• 科学思维与技术思维、工程思维。

科学思维是认知性思维，以求真为导向，成果表现为科学发现、科学理论、定律等。

技术思维是实践性思维，以实用为导向，成果表现为技术发明、技术创新等。

工程思维是以创造价值为导向，强调效益和效率，追求一定的经济价值、社会价值、生态价值、审美价值。

三、教材中如何培养科学思维

教材是培养学生科学思维的重要工具。通过深入挖掘教材中的科学方法，能够最大程度地发展和实现科学思维的培养。

1. 以科学方法为抓手，落实科学思维的培养

科学思维要素与科学方法联系密切。隐性和显性相结合。

• 教材渗透科学方法教育——极限方法。“数”“形”结合渗透极限方法，以“不变”代替“变”，化“曲”为“直”。

• 教材正文体现科学方法——运动合成与分解。“抛体运动”这一章从教材正文显性地体现科学方法。

• 通过“科学漫步”栏目进行科学方法教育。

• 在“科学方法”栏目中讲解科学方法。演绎推理、归纳推理、抽象与概括、控制变量、比值定义、理想模型，每册教材讲解一种科学方法。

2. 发展学生模型建构的能力

培养解决实际问题的能力。

 

3. 不仅关注推理的结论，更重视推理的过程

养成良好的思维习惯。