引言科學思維是高中物理教學必須培育的學生四大核心素養(yǎng)之一。本文依托高中物理課堂教學實踐，論述了在高中物理課堂教學的例題講授中如何科學的把握四要素（模型建構、科學思維、科學論證、質疑創(chuàng)新）從而有效培育學生的科學思維素養(yǎng)。2017年在教育部頒布的高中各科的課程標準中，將高中各科教學與培育學生核心素養(yǎng)提到了十分突出的高度，并且明確指出“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)是黨的教育方針的具體化、細化”（見2017年《普通高物理課程標準》P4）2018年8月以后，筆者有幸在湖南省長沙市第一中學（省示范性高中）進行教育實習，依托在校三年所學的知識，和參加各種教學大賽積累的經驗，在實習中對高中物理課堂教學中例題講解與培育學生科學思維素養(yǎng)（科學思維是高中物理四大核心素養(yǎng)之一）進行了積極的探討，得出了很多有價值的認識，分別呈述如下：2科學思維與核心素養(yǎng)2.1核心素養(yǎng)黨的十八大報告指出：“堅持教育為社會主義現代化建設服務、為人民服務，把立德樹人作為教育的根本任務，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人?！睘榱素瀼攸h的十八大精神，為此教育部立足我國國情，結合時代特點，啟動了“立德樹人工程”，根據學生的成長規(guī)律和21新世紀中社會對人才的的需求，建構了我國學生核心素養(yǎng)指標體系。2.2科學思維是物理學科重要的核心素養(yǎng)之一課程標準依據學生發(fā)展核心素養(yǎng)和物理學科的本質，將高中物理學科核心素養(yǎng)主要定位在“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”這四個方面。由于物理的學科特點，需要學生具有嚴密的邏輯思維，所以“科學思維”在核心素養(yǎng)之中無疑是最為重要的。2.3科學思維素養(yǎng)的四大要素課標上進一步指出“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規(guī)律及相互關系的認識方式；是基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程；是綜合分析、推理論證等方法在科學領域的具體運用；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格。而且明確指出，科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新這四個要素。3例題及其講解3.1課堂教學中例題的作用課堂出示例題能夠深化學生理解和領悟物理規(guī)律、物理概念，例題講解中具有解題方法示范、基礎知識鞏固、發(fā)散學生思維等功能，是培養(yǎng)學生運用物理知識解決物理問題的一種很好的形式，是課堂教學中不可或缺的一個組成部分。在例題講解中，教師要通過例題講解做出示范，特別是解題中思考過程的示范，讓學生掌握這一類型題目的破解方法，做到“舉一反多”。3.2例題選用的標準由于例題講解在課堂教學中起到的重要作用，決定了在選取例題時需要有一定的標準，所以教師出示的例題應當是具有四性。一是示范性，題目條件清晰、設計的問題具有普遍意義，給學生示范解答過程；二是典型性，題目要涵蓋本節(jié)課的知識重點，讓學生學習如何靈活的運用該知識，充分了解物理概念或物理規(guī)律的物理意義；三是帶動性，一個題目不能僅僅就是解決手頭上的問題，而是要讓學生能夠由點及面，解決這一類型的問題；四是延伸性，一個好的例題不能是為了解題而解題，它要可以聯(lián)系生產生活，最終能解決生活實際中遇到的問題。3.3例題講解的基本要求篩選出符合四性標準的例題，那么這種問題一定就不是輕而易舉的去套公式如此直白簡單，而是需要學生具有嚴密的邏輯思維和較強的運用數學方法解答物理問題的能力。所以教師在講解例題時一定要指導學生過好破解題目的六關。一是審題關，審題至少要達到三個要求：題文給出的顯性信息準確把握、題文中隱含的信息要全部挖出、完成學科語言的轉換；二是題意關，明確題目給出的條件和過程，以及要求解決的問題；三是思路關，明確從題目給出的條件到所要求解決的問題，需要經過的思維路線；四是方法關，在明確思路的基礎上，找到與該題相應知識的公式、定律或定理，確立破解問題所用到的方法，將問題破解；五是表達關，將問題破解的過程運用物理學科語言準確而簡潔地表達出來；六是反思關，解題之后引導學生回頭看，讓學生領悟題目破解給出的啟示，對一類題目進行解題規(guī)律小結，提出一些易錯、易混淆的問題。3.4分析解答物理問題必須經歷的五個階段分析解答物理問題必須經歷以下五個階段，分別是：明確研究對象、建構物理模型、形成物理情境、選用相關物理規(guī)律、運用數學方法分析得出答案。所以教師在課堂中講解例題時也要注意按照這五個階段指導學生思考，并且層層推進。在教學的實踐中筆者深刻的認識到，學生運用物理知識解決實際問題能力的高低，往往取決于學生將情境與知識相聯(lián)系的水平，也就是說要具有較高的“創(chuàng)設情境”的能力。而“明確研究對象、建構物理模型、形成物理情境”是最能體現解答物理問題中的“創(chuàng)設情境”的要求，因此教師在進行例題講解時一定要有意的培養(yǎng)學生這一方面的能力，這對培育學生的科學思維起到了關鍵作用。4例題講解與培育學生科學思維素養(yǎng)。4.1使學生領略“模型建構”在分析解答物理問題中的價值4.1.1解答物理問題必須先還原命題所依托的物理模型建構模型命題建構模型命題還原模型解題圖1案例1：如圖所示，物體自O點由靜止開始做勻加速直線運動，A、B、C、D是軌跡上的四點，測得AB=2m，BC=3m，CD=4m，且物體通過AB、BC、CD所用時間相等，則OA之間的距離為多少？該題命題老師依托的是勻變速直線運動中的模型，將這個模型放置在斜面中進行考察。所以考生要想解出這道題目，一定要從源頭出發(fā)，準確的找出該題依托的物理模型，才能夠在斜面上運用力的分解、牛頓第二定律和勻變速直線運動中的相關規(guī)律得出這個問題的答案。4.1.2例題講解中使學生認識高中物理問題中依托的不同的物理模型由于考試說明中要求命題人在命題時既注重考查重點知識，又要適當考查知識的覆蓋面，所以教師在課堂的例題講解中定要讓學生認識高中物理中的不同模型，了解不同類型的模型在破解問題時的關鍵點。并且建構模型有助于幫助學生抓住事物的關鍵要素，加深對概念、過程和系統(tǒng)的理解。筆者認為在高中物理階段出現的物理模型主要有三類：=1\*GB3①單一的物理模型試卷中較為容易的題目考察的一般是較為單一的模型，簡單直白選中相關物理公式，運用數學方法便可破解問題。例如直接運用勻變速直線運動中速度與時間關系的模型：案例2：航空母艦上的飛機彈射系統(tǒng)可以減短戰(zhàn)機起跑的位移，假設彈射系統(tǒng)對戰(zhàn)機作用了0.1s時間后，可以使戰(zhàn)機達到一定的初速度，然后戰(zhàn)機在甲板上起跑，加速度為2m/s2，經過10s，達到起飛的速度直接運用勻變速直線運動中位移與時間關系的模型：案例3：一輛汽車在平直公路上做勻變速直線運動，公路邊每隔15m有一棵樹，如圖所示，汽車通過AB兩相鄰的樹用了3s，通過BC兩相鄰的樹用了2s，求汽車運動的加速度和通過樹B時的速度為多少？直接運用勻變速直線運動中速度與位移關系的模型：案例4：列車關閉發(fā)動機進站，做勻減速直線運動，當它滑行300m時速度減為一半，又滑行20s停止，求：(1)列車關閉發(fā)動機后滑行的總路程；(2)關閉發(fā)動機時列車的速度；=2\*GB3②分段的物理模型中等難度的題目考察的多為分段的物理模型，對學生的要求又上了一步，學生在識別模型的基礎上，還要清晰每個階段的狀態(tài)，明確過程，再運用數學方法破解問題。例如由一段勻加速直線運動和一段勻減速直線運動拼合而成的模型：案例5：如圖所示，滑雪運動員不借助雪杖，先由靜止起從山坡勻加速滑過x1后，又勻減速地在平面上滑過x2后停下，測得x2=2x1，設運動員在山坡上滑行的加速度大小為a1=3\*GB3③綜合的物理模型難度較大的題目對學生“模型建構”的能力要求最高，它考察的是綜合的物理模型，譬如將力學中的模型和電學中的模型綜合起來考察，所以這一類型的問題往往會以壓軸題的形式出現在高考試題中的最后一題。例如將力學知識結合電場和磁場考察：案例6：（2018全國卷Ι）如圖,在y>0的區(qū)域存在方向沿y軸負方向的勻強電場,場強大小為E,在y<0的區(qū)域存在方向垂直于xOy平面向外的勻強磁場。一個氕核11H和一個氚核12H先后從y軸上y=h點以相同的動能射出,速度方向沿x軸正方向。已知(1)1(2)磁場的磁感應強度大小(3)14.2使學生掌握綜合、分析等常用的“科學推理”方法4.2.1科學推理的綜合法與分析法在自然科學的長期發(fā)展過程中，形成了以下兩種主要的科學推理方法，即綜合法與分析法。所謂綜合法，就是把研究對象的各個組成部分或要素在思維中重新結合為一個整體，從而在整體上把握事物的本質和規(guī)律。所謂分析法，是把研究對象在思維中分解成為它的各個組成部分或要素，然后分別加以考察和研究，研究它們相互聯(lián)系及其相互制約的關系，研究它們之間的相互作用在整體對象中的地位，考察它們對研究對象的狀態(tài)及發(fā)展變化的影響，從而揭示事物的屬性和本質的方法。高中階段的學生應該要能正確的理解和應用上述科學思維方法，在今后碰到的問題中，能夠自己獨立解決。4.2.2通過例題講解使學生認識綜合法推理的特點在課堂教學的例題講解中綜合法通常表現為由題干中給出的局部條件順推至整體，即“由因索果”，也就是說從已知條件出發(fā)，經正確推理逐步得出想要證明的結論為止的方法。在解題時按照思考步驟寫下即可，例如：案例7：（必修一教材P85例一）一個靜止在水平地面上的物體，質量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右運動。物體與地面間的摩擦力是4.2N。求物體在4s末的速度和4s內發(fā)生的位移。教師在講授本例題時，要求學生仔細讀題后，用物理語言表達出本題已經包含的已知條件，即質量m=2kg，拉力F=6.4N，摩擦力Ff=4.2N,挖出隱含的已知條件，物體開始靜止在水平地面上，說明初速度V0=0m/s;再通過這些已知條件，運用牛頓第二定律，寫出原始式F案例8：（選修3-1教材P35例二）如圖所示，兩個相同極板Y與Y，的長度l=6.0cm，相距d=2cm，極板間的電壓U=200V。一個電子沿平行于版面的dlYY,+dlYY+?Vq本題題干中告知極板間的長度l=6.0cm，極板間距離d=2cm，極板間電壓U=200V，帶電粒子射入時的初速度為V0=3.0×107m/s，并且一個電子的帶電量和質量是已知的；根據勻強電場中電勢差與電場強度的關系，列出原始式U=Ed，求出該勻強電場的電場強度為E=104N/C；根據求出的電場強度，可以求出電子在電場中受到的電場力F=qE，運用牛頓第二定律a=F4.2.3通過例題講解使學生認識分析法推理的特點分析法與綜合法恰恰相反，在課堂教學的例題講解中分析法通常表現為把題干中給出的整體條件分解為幾個部分，把一個復雜的問題分解為一個個簡單的小問題，即“由果索因”，也就是說從題目中最終要你解決的問題出發(fā)，找到相關的物理公式或者物理規(guī)律，一步步“追因”，逆向思考，答題時倒著寫下解題步驟即可。我們仍然使用上述兩個例題，來看一看使用分析法時的思維方式是如何進行的。案例7中要我們求解末速度v。勻變速直線運動中求末速度的原始公式為v=v0+at，物體開始靜止在水平地面上，說明初速度V0=0m/s，時間t是4s我們再來看案例8，題目要求出電子射出電場時沿垂直于版面方向偏移的距離y。因為電子在電場中做類平拋運動，豎直方向的分運動為勻加速直線運動，可以運用原始公式y(tǒng)=12at2求出，但此時加速度和時間均未知。先來求加速度，其的相關公式為a=Fm，質量已知，電子在豎直方向受到到合外力無從得知。由于電子在電場中會受到電場力，運用電場力的公式F=qE可以求出電子在在豎直方向的受力，但電場強度卻是未知量，根據勻強電場中電勢差與電場強度的關系，列出原始式U=Ed，即求出該勻強電場的電場強度，也就得到了加速度；那運動的時間又是多少呢？電子在平行于板面的方向不受力，所以在這個方向做勻速直線運動，在勻速直線運動中求解運動時間的相關公式有4.3使學生能領略歸納法、演繹法在“科學論證”中的運用4.3.1科學論證的歸納法和演繹法科學論證是以科學知識為中介，積極面對問題，對所獲得的數據資料進行解釋說明，提出自己的論點，反思自己和別人論點的不足并提出反論點，同時能反駁他人的質疑和批判的高級思維能力。而科學論證主要包含以下兩種方法，一是歸納法，由一些個別的、特殊的判斷推出一般性判斷的思維方式，也就是從個別的或者只具有一定程度的一般性的知識中導出一般的或者一般性更大的知識的推力；二是演繹法，由一般性的判斷推出個別性的判斷的推力，即從一般的原理、結論出發(fā)，導出新的結論的思維形式。4.3.2在例題講解中使學生領略歸納法在科學論證中的作用在課堂教學的例題講解中歸納法通常表現由個別的或特殊的實驗現象或者觀察到的事實出發(fā)，橫向類比得出普遍性的規(guī)律，例如：案例9：（選修3-2教材P5）如圖1所示，把導體棒AB的兩端分別于電流表的兩個接圖1線柱相連，于是構成了一個閉合導體回路。我們在初中已經學過，當閉合導體回路的一部分做切割磁感線的運動時，其中會產生感應電流。圖1圖2如圖2所示，把線圈的兩個接線柱接上導線與電流表構成一個閉合回路，讓磁鐵的某一個磁極向線圈插入，從線圈中抽出，或靜止的放在線圈中?？梢钥吹酱盆F在插入或抽出線圈時，電流表的指針發(fā)生偏轉。圖2圖3如圖3所示，線圈A通過變阻器和開關連接到電源上，線圈B的兩端連到電流表上，把線圈A裝在線圈B的里面。可以看到在開關斷開閉合的瞬間以及迅速移動滑動變阻器的劃片，電流表的指針發(fā)生偏轉。圖3這三個實驗本身是毫無關聯(lián)的，但教師在課堂中講解時一定要引導學生從看似毫無關聯(lián)的地方找到共性，用來表示一般規(guī)律。筆者建議課堂可如下進行：首先從學生初中已有的知識出發(fā)，演示如圖1實驗，讓學生仔細觀察實驗之后總結出產生感應電流的條件是導體切割磁感線；接著提出問題，是否還有其他情況能夠產生感應電流呢？于是演示如圖2實驗，再次讓學生仔細觀察實驗，可以總結歸納出在這個實驗當中產生感應電流的條件是磁鐵與閉合線圈中有相對運動；最后教師交代清楚兩個不同作用的回路之后，再讓學生動手連接模仿當年法拉第的實驗，通過實驗學生會疑惑，為何此時看不到有切割的動作，也不見兩個線圈之間有相對運動，但在開關斷開閉合的瞬間以及迅速移動滑動變阻器的劃片時，會產生感應電流呢？當學生有了認知沖突，發(fā)現之前總結的規(guī)律不具有普適性時，教師可引導學生重新歸納產生感應電流的條件。首先教師將實驗2的原理圖畫在PPT上，并且添上磁感線，要求學生再來分析?？梢园l(fā)現在閉合導體回路與磁鐵發(fā)生相對運動時，穿過線圈中的磁感線的條數有變化；再在幻燈片上顯示實驗3，可以發(fā)現在開關通斷或者移動滑動變阻器時，一個回路中的電流的發(fā)生變化，該回路中電流的磁場發(fā)生變化，故穿過另一個回路的磁感線的條數發(fā)生變化，產生了感應電流。再回到實驗1，通過原理圖可以發(fā)現，當磁感應強度的大小和方向不發(fā)生變化，S不變S不變B變S變B不變φ變化最后學生發(fā)現S不變時，B變，可以產生感應電流；B不變，S變時也可以產生感應電流。于是就可以聯(lián)想到之前所學過的與面積和磁感應強度都有關的物理量，也就是磁通量。用磁通量來描述感應電流產生的條件具有普適性，所以可以得到結論，通過以上三個實驗以及其他事實表明：只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導體回路中就有感應電流。4.3.3在例題講解中使學生領略演繹法在科學論證中的作用在課堂教學的例題講解中演繹法通常表現為由普遍性定律推導出個別性定理的論證方法，例如：案例10：（必修二教材P72）設某物體的質量為m，在于運動方向相同的恒力F的作用下發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2，如圖所示。這個過程力F做的功根據牛頓第二定律F=ma而v22把F、l的表達式代入W=Fl，可得F做的功W=也就是W=動能定理的得出就是在勻變速運動中根據牛頓第二定律，通過公式推導而來。4.4，引導學生形成多種質疑途徑，提升學生“質疑”的能力與水平4.4.1學習過程中“質疑”的重要性學會學習、具有批判性思維，能夠“質疑創(chuàng)新”是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要成分。從某種意義上講，提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為質疑是思維活躍的開始。縱觀歷史的長河我們不難發(fā)現，新理論的提出總是從質疑開始。如若不是伽利略質疑亞里士多德，我們就不能得知力其實是改變物體運動狀態(tài)的原因；如若不是哥白尼質疑地心說，那我們就一直誤認為地球就是宇宙的中心；如若不是在微觀世界中分別支持波動性和粒子性學說的科學家們一直在相互質疑，那現在我們也不會知道微觀世界是如此的奇妙，具有波粒二象性。4.4.2“質疑”表現在的幾個方面學生具有“質疑”的能力表現在哪些方面呢？首先在物理知識的學習方面，要能深入理解科學知識中所體現的科學思想、科學觀點和科學方法，善于在物理概念、物理規(guī)律與科學事實之間產生豐富的聯(lián)想；善于將知識歸類，形成合理的認知結構，并且對已有的結論不盲目的輕信。其次在物理問題的提出方面，善于從一般人不覺得有問題的地方發(fā)現和提出隱蔽的、復雜的、探索性的問題。最后在物理問題的解決方面，善于將一些實際的問題抽象為正確的物塊模型進行解答；善于從題干中給出的材料找出隱含的條件，忽略次要因素，關注主要因素，迅速解決策略，確定解題方法。4.4.3引導學生形成多種“質疑”途徑，提升學生“質疑”的能力與水平在曲線運動這一章，生活中的圓周運動一節(jié)中，汽車過拱形橋和凹形橋是一個很好用來提升學生“質疑”能力的例題。教師在利用圓周運動中的規(guī)律及牛頓運動定律分析汽車通過拱形橋的最高點和凹形橋的最低點的受力，再來引導學生從以下幾個方面來思考，可如下進行：=1\*GB3①在物理情境中質疑大家設想一種情境，這里有一個拱橋，而該拱橋由于年代久遠，已經是一個危橋了，如果受到一點重壓，該橋就會被壓垮。那現在同學們想想一個物理問題，對待這樣一個拱橋，我們是慢慢的開過去比較安全，還是快速的沖過去比較安全呢？（學生一般會聯(lián)想到自身過危險地帶是小心翼翼的慢慢走，故按照慣性思維會直接回答慢慢開較為安全）但應用剛才所講，汽車在拱形橋面速度