高中物理科学推理教学模式

1高中物理科学推理“五环”教学模式一、科学推理的内涵和基本形式尽管各位学者在界定科学推理时还尚未达成共识，但各位学者几乎都认为：科学推理是经过抽象、概括、推理得出规律的研究问题的方法，属于个体思维较高水平的直接体现。新课标中对学生的科学推理能力有这样的表述：“能够根据已知的知识和题目给定的事实和条件，归纳相关信息，对自然科学问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程表达出来。”由此可以看出：知识、逻辑、表达是组成推理能力的三个要素，知识是科学推理能力的前提要素，逻辑是科学推理能力的核心要素，表达式科学推理能力的展示要素，三个要素相互依赖、相互促进，共同构建了完备的科学推理能力结构。物理教学中科学推理的基本形式有：1.物理归纳推理，即在物理教学中，我们在解决一些复杂而无从下手的问题时，把复杂的问题分为若干简单的情形，再对这些特殊情形进行归纳，从而获得相应的规律。由个别性的物理判断推出一般性的物理判断即物理归纳推理；2.物理演绎推理，即以常规的物理规律、概念等为基础，在此基础上总结一个具体的、特殊的结论，这种方法即为演绎推理；3.物理类比推理，即对不同的研究对象在某些方面具有相似的特征和现象，猜测出他们其他方面也许还具有相同特点，然后采取实际行动检测猜想，就是物理的类比推理；4.物理假设推理，即如果出现要一次得出结论难度较大的情况，则可以选择从较容易突破的环节为切入点，将其进行假设条件，例如假设截然相反的条件，在此基础上采取适当方法证明它和题设条件之间完全相悖，最后得到想要的结论，该方法也称“反证法”。二、科学推理“五环”教学模式2018年贵州省教育科学规划立项课题《高中物理教学中渗透科学思维的实践研究》课题组通过研究，针对高中物理科学思维的内涵、组成要素及基本形式，并以建构主义学习理论、反思性思维理论、新课程理念为指导，有效落实高中物理核心素养的要求提出了高中物理科学推理“五环”教学模式，即由激趣导入、猜想假设、科学推理、达标检测、反思总结五个环节组成。（一）理论基础1.核心素养物理核心素养，是学生在学习物理的过程中日积月累逐渐形成的有利个人终身发展以及社会发展需要的重要能力和必备品格，是物理学科育人价值的突出体现，是新课程三维目标的提炼与升华，主要由四个要素组成，分别为：“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态2度与责任”。有学者认为，科学思维是人们在研究、解决科学问题，学习科学知识内容的过程中使用的所有思维，其核心是——推理一个变量系统时所体现的科学推理能力，即认为科学推理是科学思维的和兴组成部分。所以，在国外相关文献中谈到“科学思维”和“科学推理”时，它们差不多是能够等效替代的。2.建构主义学习理论。建构主义认为，知识的获得是学习者在一定的环境中，通过对已有知识经验的顺应或同化，使得新旧知识之间形成双向的联系，以此来调整和改善自己的知识结构。学习的本质应该是新旧知识的认知冲突而引发的概念的迭代升级和知识体系重组。在建构知识体系时教师的引导，同学的帮助，教材的辅助都会起到一定的帮助作用。理想的学习应该包括情境、合作、交流总结、知识体系建构、理解和运用五个部分：第一部分，情境。教学情境的创立往往直接影响的一堂课的教学效果，创设一个适宜的教学情境可以很容易激发学生的主观能动性从而引发认知冲突，反之学生则容易迷茫不解，主观上对新知识产生一个抵触心理更愿意接受自己主观印象中的前概念；第二部分，合作。合作并不局限于学生之间的合作，师生之间可以合作，父母子女之间也可以有合作，独立于社会而单独存在的人是不存在的，合作即是帮助自我快速达到某一目的的有效方式同时也是人际智能的一种开发；第三部分，交流总结。一定程度的交流总结可以帮助学生及时得到自己学习成果的反馈信息，以便调整自己的学习进度，如果发生方向性的失误也可尽快做出调整；第四部分，知识体系建构。学习就是以学生为主体的人主动认识世界建构世界的过程，知识体系的建构就是将未知事物尽可能地和已知事物相互关联，通过这种关联将新旧知识联结并存储起来，以此来培养自己的自主意识和创新精神。第五部分，理解和应用。实践出真知，知识的运用是检验知识掌握情况的绝佳手段，只有将习得的知识表现出来才是对这一知识的真正理解。建构主义认为知识不是绝对的、一成不变的，所谓知识就是解决问题时行之有效的一种方法策略，我们不能保证所学习的知识对所遇到的问题都可以完美解决，我们追求的是解决问题的最优方式，这个最优解将会随着人类对未知的探索将会间的逐步完善，但终究不能达到完全囊括所有的问题。传授知识的普适性的方法就是教育，教育无非就是任何人之间以知识为纽带的一种交往方式，经验丰富、学识渊博的人帮助初出茅庐、茫然无措的人寻找解决问题最优解的过程。建构主义认为学生作为接受教育的主体具有一定的独立性，多元性，主观能动性，建构主3义学生观强调学生在教育中的主体地位，学生在接受的系统的教育前并非白纸一张，他或多或少都会受到一些家庭，社会，所观所感等在心理形成的前概念的影响，前概念的存在教学中是不可忽视的，建构主义理论提倡在个体原有经验的基础上结合其生理结构和追求目标来引导学生主动建构知识。在建构主义中，教师的扮演的角色五花八门，是引导者、组织者、合作者等等。教师不同角色的转换只有一个目的就是促进学生更好的进行知识建构，教师的授课表面上看是将知识倾注给学生，但实际上是为了让学生通过教师为其营造的建构环境刺激学生自己进行建构，又因为知识建构是学生自发的心理活动，所以有点学生就像教师所期待的那样达成了目标，有的学生的收获则与我们的计划有所不同。3.反思性思维理论现代美国教育家杜威对“什么是思维”的进行了论述,他对“思维”的定义的看法:其一,思维是由一种存在疑惑或不确定的问题的情境而引起的。没有这种特定的情境,也就没有思维的产生。其二,思维是一个有意识地探究行动和结果之间特定的联结的问题。没有这个过程,也就不能获得有教育意义的经验。其三,无论对生活来说,还是对教育来说,思维是一种明智的学习方法、一种明智的经验的方法。其四,最好的思维方式就是反思性思维。它与放弃探究的行动而匆忙地得出结论的拙劣思维是绝不相同的。正如现代中国教育学者吴俊升教授所指出的：“在杜威看来,教育应以培养求知,尤其是以反省思维求知的好习惯为中心。反省思维为求知的最好方式。”在杜威看来,思维的价值主要表现在以下三个方面：第一,反思性思维能使合理的行动具有自觉的目的。杜威认为,反省思维能使我们摆脱单纯的冲动和一成不变的行动,并把盲目的和冲动的行动转变为智慧的行动。它能够指导我们的行动,使之具有预见并按照目的去计划行动,或者说,我们在行动之前便明确了行动的目的。它能够使我们的行动具有深思熟虑的和自觉的方式,或者说,引导我们去行动,以便达到某个目标。因此,反思性思维使得儿童头脑里的问题成为他自己提出的问题,从而引起他的集中注意,并主动地寻找和选择恰当的材料,考虑材料的意义和解决问题的方法。这样,儿童所思考的问题是自己的问题,因而通过解决问题所得到的锻炼变成了对他自己的锻炼。第二,反思性思维能预先进行有系统的准备。杜威强调指出:人们运用反思性思维,预先想到结果以及为达到某种结果或避免某种结果而采取的种种方式。通过反省思维,人们可以事先作出周密的计划以及提出许多达到目的的方法；第三,反思性思维能使事物的意义更充实。杜威认为,文字和符号代表着某些观念或事物。4通过反思性思维,人就可以理解事物的更充实的意义。因此,杜威强调指出：“当某些事情发生时,我们可能不需要去做任何的思考,但是如果我们以前思考过,那么,这种思考的结果就有助于对这些事情的含义的理解。训练思维能力的巨大价值就在于：原先经过思维充分检验而获得的意义,有可能无限制地应用于生活中的种种对象和事情,因此,在人类生活中,意义的不断增长也是没有限制的。”杜威认为,在反思性思维的三种价值中,前两种价值是属于实际的,能增加人的控制能力：后一种价值主要是更加充实事物的意义。杜威的反思性思维观对教学的启示：（1）设计科学的游戏活动，保护学生的好奇心杜威强调，可以在游戏活动中培养学生的反思性思维，在学生做游戏的过程中要保护学生的好奇心，使好奇心上升到智力的层面，成为促进儿童思维的积极力量。（2）课堂要找准“教师主导”和“学生主体”的平衡点中国传统教学的弊端是把教师看作绝对的权威，忽视学生的主观能动地位，课堂教学以书本知识灌输为主，学生的反思性思维能力受到抑制。对于学生而言，发挥学生学习的主体地位并不意味着放任不管。课堂上教师参与的程度过多，抑制了学生的思维，教师展示和讲解的太少，不能刺激学生的反省思维。如何寻找到这两点之间的平衡是重要的问题。（3）在教学实践中树立反思意识，提高教学效率杜威的反思性思维理论为我国教学实践和改革提供重要理论依据。学生能够树立反思意识，在学习中不断反思课堂学习的知识、技能及意义，不仅有助于学生学习成绩的提高，而且有助于学生养成探究、反思的习惯。值得一提的是，为了提高教学效率，教师树立反思意识也很重要。在整个教学过程中，不仅要重视培养学生的反思能力，教师的反思意识对提高教学效率同样重要。教师和学生要一起反思教学实践的过程和意义，养成分析、反思、总结的习惯，共同促进教学质量的提高。4.新课课程理念学习者不是被动的旁观者，而是自主的参与者。学习不是简单复制和印入信息，而是主动解释信息，建构知识的意义。教学不是产品的传递，而是创设一定的条件促进学生主动建构知识的意义。学习者的学习是第二次创造，自主理解就是创造。知识是在自己先前经验的基础上建构起来的。知识是学习者在特定情境下建构起来的。知识来源于生活情境和实践，具有一定的感性经验或生活中的“对应物”。学习的结果不仅在于知，而且在于信，在于课内知识与生活经验的统一。5课堂是对话、沟通、交往、合作、探究、展示的平台。课堂是新认识的生长点，新激情的鼓动器，学生带着疑问进课堂，带着更多的疑问出课堂。教学从本质上说是一种“沟通”与“合作”的活动。其中“对话”是教学活动的重要特点。新课程需要的教学观：A、整合教学；B、强调互动的师生关系；C、构建素质教育课堂的教学目标体系（结论和过程统一，认知与情感统一）；D、构建充满生命力的课堂教学运行体系。（二）基本程序1.教学模式结构：2.教学环节：（1）激趣导入教师通过各种方法，采用各种教学资源，创设与实情况基本一致或相类似的情境，并在这个情境中须能产生真实的问题（或认知冲突）作为思维的刺激物，激发学生的兴趣。（2）猜想假设对产生的问题（或认知冲突）进行猜想和假设，猜想问题的结果（或结论），并设计解决的办法（或解决的方案）。（3）科学推理①.自主推理：包含实验探究和理论推导，学生针对需要解决的问题自主进行实验的探究或验证，然后自主利用已知物理知识进行逻辑推理，将两种方法得出的结果结合起来。这里要6灵活运用，结合需要得出的物理规律（结论）实验探究和理论推导的顺序可以变换，有可能只有一种探究方法。②.合作讨论：包含生生交流和师生交流，学生自主探究的出物理规律（结论）后，学生之间交流学习方法和成果，进行修改和完善，学习小组派出代表展示自己的学习成果，其他小组的同学可以提出质疑，并进行补充和完善，老师根据学生的学习情况，进行必要的点拨，师生共同总结研究的方法和探究的出物理规律（或结论）。（4）达标检测针对本节课的重点，难点及学习到的科学推理的方法和技巧，精选相应的题目作为课堂练习，进一步加强和巩固学生的学习成果。（5）反思总结让学生自主梳理学习知识，特别是本节课使用到的科学推理的方法（或技巧），老师根据学生梳理的情况做有效的点拨和补充。（三）教学原则建立一个民主宽容的教学环境，要留有留足学生自主探究（自主实验和自主推导）和合作交流、探讨的时间，充分发挥学生的思维能力，教师只做适时的点拨和补充即可。（四）辅助系统创设教学情境需要的各种教学资源；学生进行实验探究的实验仪器等。（五）教学效果能够培养学生自主学习的能力，能够培养学生的民主与合作的精神，能够培养学生的科学推理能力和创新能力。（六）实施建议在教学中教