在新课程改革的背景下，落实核心素养已成为高中物理教学的重要任务。传统教学模式中，教师常常以知识点为主线，以解题能力作为教学核心，忽视了学生的思维发展。而学生的学科素养能力提升，依赖于学科思维能力。为了全方位增强学生的核心素养，降低学生学习物理的难度，增强学习动力，建立学习自信，提高课堂参与度。提高科学思维能力，使学生能更深入地学习，充分发挥他们在课堂上的主导作用，更加积极地参与课堂互动，更有效地运用知识进行探索、提问和创新，从而在整个班级中营造良好的学习环境。显然，科学思维能力对于学生的成长至关重要，因此如何在高中阶段培养学生的科学思维能力，将成为未来研究的焦点。

一、科学思维概述

从脑科学分类来看，科学思维属于一般思维，相关的归纳总结和推理活动是一般思维共有的。而科学思维又表现出其独有之处，如近似性与精确性上的统一性以及概括性与抽象性方面的统一性。从教育领域的专家研究视角来看，对于科学思维的定义亦有所区别：廖伯琴认为科学思维是人类大脑对科学资料的处理过程，这一过程相较于日常思维表现出更强的逻辑性、严密性、整体性和中立性。胡卫平则将科学思维定义为一种从科学角度出发，对客观事物的基本属性、内在法则以及相互作用关系的认知方法。何善亮则是从形式逻辑和辩证逻辑的视角来解读科学思维，他提出科学思维是人类大脑对自然界共有的本质属性以及事物间内在必然联系的间接反映，是人们运用科学术语、法则和理论来解决科学问题的一种思维活动。总体来看，尽管不同专家对科学思维的定义表述各异，其核心要义却基本一致。

二、科学思维能力的要素

高中物理新课程标准指出：科学思维是一种从物理学的角度出发，对客观事物的本质特性、内在逻辑及其相互作用进行深入理解的思维模式，具体包含了以下的要素。

（一）模型建构

用模型化的思想来解决物理问题，是目前物理教学和学习过程中的重要方法。以学习“质点”这一概念为例，此时便需借助理想化模型的方法。首先，教师可以通过图像、视频等手段构建问题情境，利用情境的转换启发学生思考，帮助学生从直观的认识过渡到抽象的逻辑思维。接着，依据情境设定相关任务，激励学生深入思考，指导他们构建模型。此外，要发现并引导学生突破问题的关键节点，以问题作为核心，实现知识的实际应用。最终，依据学生思维发展的不同阶段，设计不同难度的任务，并采取适宜的学习方法，以促进全体学生思维能力的全面提升。

（二）科学推理

科学推理的过程实际上是对未知的探索。主要包含了运用两种推理方式：归纳与演绎。归纳法是将具体实例的判断上升为一般性的规律，比如牛顿的第二定律和楞次定律，都是基于实验观察和数据分析得出的通用结论。相反，演绎法则是从普遍原则出发，推导出特定情况下的结论，在高中物理教学中，我们常常利用已知定律来预测未知的物理现象，如自由落体和动量的分析，这两种推理方式在物理规律的发现和总结中发挥着关键作用。

（三）科学论证

科学论证是通过运用现有科学理论来阐述和验证某个论点的过程。这种验证过程与推理有所区别，推理通常是在未知结果的基础上，借助一个或多个判断来推导出一个新的推断；而科学论证则是在已知论点的基础上，需要借助既有的科学知识来对该论点进行证实，以确定其准确性。在高中物理教学中，科学论证是一种常用的手法，特别是在应用物理定律、验证推论等方面。例如，在学习“自由落体运动”等学习中，教材中首先提出了伽利略的推理论证，即“不同质量的物体下落速度相同”的观点，随后通过实验进行了验证，以证实这一观点的正确性。先推理后验证的方法，使得结论更加精确和科学。实际上科学论证的过程本质上是多个推理步骤的组合。

（四）质疑创新

创新不仅仅是一种意识，更是一种经过长时间积累和沉淀后的爆发。在日常的学习和生活中，我们应该鼓励学生对遇到的问题，都要先进行独立思考，尝试自己找出解决问题的方法。通过这种持续的训练和实践，学生可以逐渐养成良好的习惯，学会在面对问题时如何主动发现它们，并且掌握解决问题的技巧和方法。

三、高中物理教学中培养学生科学思维能力的途径

（一）明确研究对象，强化建模能力

建构物理模型是掌握物理知识是了解科学原理的根本途径，有助于学生在解析物理现象时拓展思维路径。因此在物理课堂开展活动时，要引导学生从现实问题出发，确定研究具体对象，根据真实的生活情景，结合所选的物理知识，抽象出对应的物理模型，在这种思维的过程中，逐渐提高了学生的建模和模型应用的能力。

例1 如下图1所示，展示两人花式溜冰中男选手牵着女选手转圈的场景。当女选手被男性选手拉着，围绕着他转圈，形成了圆锥摆运动，如果女选手的身体与男选手垂直方向的角度是θ，质量是 m，那么在旋转的时候，女选手转动圆圈的半径是 r，那么男选手对女选手拉力是多少？女子选手旋转时的角速度是多少？

图1  花样滑冰

许多学生面对此类问题感到困惑，难以构建模型，进而无法解答第2问。在此情形下，教师应当指导学生深度剖析题目信息，同时还将题中所研究的目标（女选手）作为一个质点，讨论了质点的运动轨迹。在此基础上，利用牛顿第二定理，对其进行了力学的分析。这只是一个简单的圆形问题，但它体现了建模能力的培养。所以在教学中，教师应当设置相应的训练习题，有效提升学生模型建构能力。

（二）重视课堂探究，提升推理能力

物理学实验在物理教育中占据核心地位，新教材各个章节来引入物理原理或定律。实验探索过程旨在培育学生的科学探究以及推理能力，即根据物理问题，形成猜想，设计科学合理的实验方案，并基于证据得出合理的解释。基于探究式学习，学生的科学推理能力能够不断被强化。以“匀速圆周运动”为例，结合探究性实验，引导学生推导向心力的表达公式。

猜想：向心力F与m、r成正比，与ω不成正比。

分组实验：采用控制变量的方法，实验过程运用的向心力探究仪器如图2所示，具体包含了力传感器，能够帮助学生直接观测数据，同时还包含了导轨、小球、细绳等部分，通过控制器改变小球的速度。

图2   向心力探究仪

第一组：保持ω、r不变，探究向心力F与质量m的关系；

表1 向心力与质量的关系

第二组：保持m、ω不变，探究向心力F与半径r的关系

第三组：保持m、r不变，探究向心力F与ω的关系。

分析论证：将实验结果记录在表格中，并绘制相应函数图像（F-m，F-r，F-0）。引导学生分析数据以及函数图像F-m、F-r、F-ω，并得出相应的结论：。

（三）强调证据意识，锻炼论证能力

设计启发式问题，培养科学论证能力。以超重与失重为例，可在课堂上演示一项实验：安排一名学生站在体重计上，记录体重计实数稳定后的读数，随后让学生蹲下，观察读数变化。紧接着，提出以下问题：（1）人在蹲下的动作中，可以划分成哪些阶段？在加速下蹲期间，其受力情况是怎样的？指导学生注意观察示数读数，先是下降，随后上升，最后再次下降。当人停止运动后，读数保持稳定。因此，蹲下动作可以细分为加速下蹲、减速下蹲和静止三个阶段。进一步地，提出探究问题：体重计对人的支撑力与人对体重计的压力之间存在何种联系？鼓励学生利用已有知识进行思考，了解这是一对作用力与反作用力，在大小上相等、方向上相反，并且作用在同一直线上。

掌握科学证据，培养证据意识。在物理学的学习过程中，对实验资料和数据的搜集与整理，进而推导出物理规律，都离不开证据支持。在物理的教学课堂上，教师需将物理知识与证据意识的培养有机结合，激发学生进行深层次的思考。比如在学习“自由落体运动”时，借助地球物理学研究所发布的数据，引导学生分析表格的信息，对比各个地区“g”值，总结规律。

表2 全球各地区“重力加速度”测量结果

（四）激发批判思维，提高创新能力

在角色扮演中体会质疑创新精神。在物理教学过程中，可以采取角色扮演的方式，引导学生进入特定角色的视角去审视问题，依托现有资料去挖掘问题，培养批判性思维。比如在探讨“万有引力定律”时，学生可以扮演伽利略、开普勒、笛卡尔等人，各自搜集资料以支撑自己的理论，并展开辩论，对方的观点提出反驳。通过这样的角色扮演活动，通过搜集资料来挑战对方的观点，在反复的辩证中深化对自由落体运动原理的认识，增强了批判性思维能力。

表3    关于万有引力的论点

在实验操作的深化过程中激发学生的探索与创新意识。在实验教学中，部分实验现象不明显，或者缺乏器材，因此对于实验改进和优化也是实验教学的重要内容，有利于培养学生创新精神。以“探究两个互成角度的力的合成规律实验”为例，在采用常规实验设备时，坐在教室后部的学生往往难以观察到合力变化的显著效果（图3），同时许多学生对背后的物理原理感到困惑。而通过运用GeoGebra软件进行模拟（见图4），在绘图区中学生能直观地看到合力与分力的关系，合力的变化能够随着分力夹角的变动而实时更新，这有助于学生对该问题的深入理解。

图3  教材实验                     图4 GeoGebra模拟实验

结语

综上所述，在当前教育改革环境下，高中物理课程需把提升学生的核心素养定位为核心目标，理清科学思维与核心素养之间的本质联系，通过模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新等策略，引导学生深入理解物理概念，提高他分析、综合和创新能力。这不仅有助于学生在物理学科上取得更好的成绩，更能在长远中培养他们成为具有批判性思维和创新能力的未来人才。

参考文献

[1]高秀丽,许文慧.高中物理教学中学生科学思维培养现状调查分析与建议[J].中学教学参考, 2023(21):8-10.

[2]沈正杰.基于学科情境凸显高中物理科学思维的问题设计——以"牛顿第二定律"教学为例[J].物理通报, 2023(8):102-105.

[3]张志锋.高中物理教学中科学思维培养路径[J].数理天地:高中版, 2023(8):27-29.

[4]徐鹏.基于问题情境的高中物理科学思维培养——以逆风行舟为例[J].理科爱好者, 2023(3):64-66.

[5]蒋国柱.高中物理科学思维素养的文本分析与提升策略[J].中华活页文选(高中版), 2023(16):0166-0168.