摘 要：物理知识是物理核心素养形成的载体，物理核心素养是物理学科育人价值的集中体现，科学思维是物理学科核心素养的核心内容.前人认知科学的过程就是知识形成的过程，学生学习科学的心理顺序与前人探索科学的历史顺序基本一致.教师应从知识的始点出发，按照知识形成的顺序设计教学，在建构知识过程中通过科学推理、科学论证、质疑创新、模型建构等培养学生的科学思维能力.
关键词：建构知识;科学思维;物理核心素养
文章编号：1008-4134（2020）02-0048 中图分类号：G633.7 文献标识码：B
作者简介：王峰（1971-），男，山东济宁人，本科，中学高级教师，研究方向：课堂教学与研究.
物理知识是物理核心素养形成的载体，物理核心素养是物理学科育人价值的集中体现，科学思维是物理学科核心素养的核心内容.学生的科学思维能力需要从建构知识过程中培养，所以，教师在设计教学时不应单纯地注重知识传授，应按照知识形成的顺序设计教学，在建构知识过程中培养学生的科学思维能力.
1 建构概念：以“额定电压与额定功率”为例
1.1 注重知识传授的教学设计
“额定电压与额定功率”是“认识电功率”的延续、深化与拓展.教师常常先安排学生看书自学或直接介绍额定电压、额定功率等概念，使学生了解、认识概念，接着进行讲解，让学生理解概念，然后安排学生实验——测量小灯泡的电功率，让学生进一步理解和巩固概念，最后安排习题，让学生运用概念解决实际问题.
上述教学过程的每个环节，都是紧紧围绕知识本身设计的，这种设计，即使学生掌握了知识，但是，由于教师没有组织学生亲身经历建构知识的过程，没有设计锻炼学生推理、论证以及质疑创新等能力的环节，也就失去了在概念建构过程中培养学生科学思维能力的契机，难以提升学生的核心素养.
1.2 注重建构知识的教学设计
将一个未知灯泡与滑动变阻器串联，如图1所示，控制灯泡由暗逐渐变亮、变亮、再变亮，最后突然被烧坏.这样会猛烈冲击学生的感官，引发认知冲突.接着引导学生分析灯泡亮度变化及被烧坏的原因，可得出：电压过低时，灯泡较暗;电压升高，灯泡变亮;电压过高时，灯泡容易被烧坏.由此使学生深深地感受到：灯泡的亮度受电压的影响——这就是建立额定电压、额定功率概念的起点.
上述实验现象还会引发学生推理、质疑：灯泡两端加多大的电压才能正常发光呢？带着这个问题进入如图2所示的实验，先让学生观察灯泡上标示的电压，然后改变灯泡两端的电压，使其小于、等于、大于灯泡上标示的电压，观察灯泡亮度的变化，通过比较发现：小灯泡发光存在一个最佳状态，这时的电压与标识的电压相当，此时引入额定电压、额定功率的概念便水到渠成了.接着联系生活实际，让学生认识各种其他用电器铭牌上标示的额定电压、额定功率等概念，将“使灯泡正常工作”推广到“使用电器正常工作”.最后进行实验——“测量小灯泡的电功率”，通过实验观察，进一步巩固额定电压和额定功率的概念.
这种按照知识形成过程设计的教学，即：从知识的起点出发创设情境，让学生亲身体验、推理、质疑、实验论证，经历概念建构的全过程，使学生真正了解概念的来龙去脉，不仅有利于学生理解和掌握概念，还能达到在建构知识过程中培养学生科学思维能力的目的.
2 建构规律：以“探究杠杆的平衡条件”为例
2.1 注重知识传授的教学设计
在学习“杠杆”一节时，教师通常在引入新课认识杠杆后，直接给出杠杆及其五要素的定义，接着对照实验器材讲解各要素，通过作图加深对力臂的认识，然后进行实验“探究杠杆的平衡条件”.
教材是这样编的，教师也是这样教的，这是因为编者和教师都知道杠杆的平衡条件是本节的重点，它与力臂有关，为了教杠杆的平衡条件，就要先引入力臂的概念.这一教学顺序教师觉得理所当然，但对于对杠杆平衡条件一无所知的学生来说却感到“力臂”的引入很突兀、很难理解，成了学习的一大难点，造成这一难点的原因是教师的教学设计不符合知识的形成过程和学生的认知顺序.
2.2 注重建构知识的教学设计
人们观察和研究杠杆平衡条件的过程中，应该不是先认识力臂、再研究杠杆平衡的條件，而应该是在研究过程中逐步发现：影响杠杆平衡的不是支点到力的作用点的距离，而是支点到力的作用线的距离，这才引入了力臂的概念.找到引入力臂的原因，我们可以从认知的起点出发，按照知识形成的过程，将教学顺序调整如下：（1）新课引入，初步认识杠杆，建立杠杆、支点、动力和阻力的概念;（2）探究水平直杠杆（如图3所示）的平衡条件，得出结论：动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离，即：F1×OA=F2×OB;（3）探究各种弯杠杆（如图4、图5所示）的平衡条件发现：当杠杆平衡时，F1×OA≠F2×OB，质疑刚刚得出的结论;（4）进一步观察发现：F1×OA=F2×OC.从而得出：杠杆的平衡不是跟支点到力作用点的距离有关，而是跟支点到力的作用线的距离有关，从而引入力臂的概念;（5）与图3的杠杆对照（OA、OB 分别是F1 、F2的力臂），修正刚才的结论，建构适用于各种杠杆平衡的普遍规律.
这样，按照认知的顺序，让学生仿照前人探究的过程，从简单到复杂、从特殊到一般，通过质疑、修正一步步建构起杠杆平衡的条件.
注重知识传授的教师往往注重知识本身的正确性，而忽视建构知识过程及顺序的正确性.前者的错误容易被识别，而后者的不当常常被忽视，有些教师终生都意识不到，这样的教师设计的教学往往简化或省略建构知识的过程，甚至直接将知识原盘托给学生，这样既不利于学生对知识的理解和掌握，也难以培养学生的科学思维能力.
3 建构模型：以“法线”为例
3.1 注重知识传授的教学设计
在讲授光的反射定律时，有的教师往往在引入新课后，按照教材中的顺序，对照实验现象、反射光路图让学生自学并识记入射点、入射光线、反射光线、法线、入射角、反射角等概念，或将这些概念一起直接介绍给学生，在学生了解这些概念的基础上“探究光的反射规律”，以達到掌握“光的反射定律”的目的.
这种直接把“法线”教给学生的设计，简单、明了，但由于缺少建构“法线”模型的过程，多数学生对为什么要引入法线思考较少，体验不到前人为描述反射光线的位置、探究光的反射规律所做的各种努力，不利于培养学生的科学思维能力.
3.2 注重建构知识的教学设计
首先请学生用激光笔照射平面镜，同时向镜面处喷洒水雾，观察光的反射现象，如图6所示.接着请学生根据观察到的现象，用泡沫面代表镜面，用两个贴有箭头的直棒代表入射光线和反射光线，制作光的反射模型，展示各组同学制作的模型，引导他们比较、辨析，达成共识，如图7所示.然后，请学生对照模型描述反射光线的位置.
因为缺少法线，学生的各种描述很难将反射光线的位置唯一确定.在学生经历各种失败、感到困惑、百思不得其解时，教师顺势而为，将一支红白相间的直棒插在入射点上，并与“镜面”垂直，如图8所示，告诉学生：“这条过入射点垂直于镜面的辅助线叫法线.”有了法线即可引入反射角与入射角，学生的再次描述骤然变得简捷而严谨.此时教师并不就此为止，而是进一步引伸：“在光的反射现象中是否存在这条法线？”
“不存在.”“对！科学家之所以引入这条法线，目的就是在研究光的反射规律时，便于描述反射光线的位置.像这种研究问题的方法叫建构模型法.”此时，学生会自然而然地领悟到建构模型法的巧妙和重要性，这样也就达到了教给学生用建构模型法研究物理问题的目的.
“建构与应用模型是物理学最重要的研究方法之一，也是物理学的核心学科特色.”“建模方法是科学研究的常用方法，模型思维是一种重要的科学思维，创设基于建模的科学学习环境，有利于学生建模思维的发展.”因此，我们在初中物理教学中，要结合与建构模型相关的内容，例如：匀速直线运动、力的图示、连通器、杠杆、光线、电路图、磁感线以及原子结构模型等，不失时机地教给学生运用建构模型的方法研究物理问题，带领学生经历建构模型的过程，从中领悟建构模型的思维方法，培养学生的科学思维能力.
总之，前人认知科学的过程就是知识形成的过程，学生学习科学的心理顺序与前人探索科学的历史顺序基本一致，学生在学习科学过程中所遇到的困难往往就是人类在科学研究过程中需要长时间累积、消化的突破点.因此教师在备课时应认真研究知识的形成过程和形成顺序，把自己的思维“降低”到学生的认知水平，分析建构知识过程中学生可能遇到的困难，然后和学生一道从知识的始点出发，按照知识形成顺序逐步建构物理概念、规律和模型，并在建构知识过程中通过科学推理、科学论证、质疑创新以及模型建构等培养学生的科学思维能力，进而提升学生的物理核心素养，实现物理学科育人的目的.
参考文献：
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（收稿日期：2019-10-19）
