三、物理科学思维
（一）物理科学思维的定义
实验是物理学的基础。在高中阶段的物理教学不仅要让学生记住物理公式和概念，更多的是要让学生养成科学的价值观，学会把科学的思维方法应用到实际生活中。新课程标准指出，物理学科核心素养由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个要素组成，并明确表示：物理科学思维是从物理学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品质。
（二）物理科学思维的主要内容
新课程标准将物理学科科学思维划分为构建模型、科学推理、科学论证、质疑与创新四个重要组成部分。
1.构建模型
为了更直观地描述物理现象的本质规律，在研究过程中抓住现象的主要特征，忽略次要因素，建立理想的物理情境，这种方法叫作构建模型法，是科学研究中常用的一种方法。高中物理教学中常见的基态、电流元、类平抛运动等都是物理模型。
教师引导学生自己寻找实际物理问题中的主要特征，创设合适的问题情境，构建物理模型可以加强学生科学思维能力的培养。例如，为了让学生加强对电场强度这一概念的理解，让学生自主探究不同电荷所受电场力与其电荷量大小的关系，进而抽象出描述电场本质特征的物理量——电场强度。在上述建模过程中，学生经历了“比较－抽象－概括”的过程，发散了思维。
2.科学推理
在物理学中往往有难以达到所需实验条件的时候，教师常借助将实验条件理想化来达到实验目的，并通过抽象、推理、论证等方式来构建理论。例如，自由落体运动、理想气体状态方程、真空不能传声等结论无法通过实验直接得出，在研究过程中将实验条件理想化，将实验结果经过合理的外推可以得出更普遍、精确的结论。在有关科学推理的研究中，大部分研究者认为学生在物理学习过程中需要掌握归纳、演绎、关系等推理方法。
3.科学论证
科学论证是一种基于科学知识、证据和推理以证实辨明主张的活动，可以帮助学生在学习中挖掘自身不足，深化对知识的理解，促进思维品质的提升，加强学生的批判能力。在中学物理中验证机械能守恒定律、验证牛顿第二定律等实验都需要用到科学论证的方法。教师在实际教学中融入科学论证的方法，可以让更多的学生参与到教学活动中来，加快科学思维教学的落实。
4.质疑与创新
大部分国家都将培养学生的质疑与创新能力列为课程目标，同时培养学生的质疑能力、发展学生的创造思维也是我国落实科学教育的关键。新课程标准指出：教师在日常教学中应注意科学方法的渗透，引导学生主动探究、敢于发问，并培养学生独立寻找相关资料完成任务的能力，提升学生的创造性。
（三）物理科学思维水平的五个层次
依据新课程标准，可以将科学思维划分为如下五个水平，如表3-1所示。
表3-1 科学思维水平层次划分
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新课程标准要求教师的日常教学要以核心素养为基础，落实科学思维教学。因此，教师应当深度剖析课程标准对学生科学思维能力的各个层次要求，并明确在不同的教学内容中学生具体应达到哪一个科学思维层次，从而针对特定的教学内容选用恰当的教学方法打造高效课堂。
（四）核心素养中的科学思维
思维作为人类特有的主观认知行为，能够从间接的层面出发对客观事物的特征进行概括和分析。它以感觉、知觉和表象为基础，是一种高级的认知过程。“物理科学思维”就是以物理学知识为工具，对客观事物的属性、发展特征及内在关系进行分析和理解，根据形象的经验事实提炼抽象的理论知识，综合运用推理、论证等科学方法开展研究工作并对相关观点进行论证的过程，以此实现创造性的认知结果。科学思维能力是认识物理世界、解决物理问题的最重要的能力，只有具备了科学思维，才能更好地学习物理。科学思维是物理学科核心素养的核心。
综合来看，核心素养中科学思维方面对学生的发展提出以下要求：
1.模型建构意识。具有建构模型的意识和能力。
2.科学推理能力。能够运用科学思维方法，从定性和定量两个方面对相关问题进行科学推理、找出规律、形成结论；具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测。
3.质疑创新能力。具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新。
调查发现：大部分高中生的物理科学思维能力比较薄弱，学生只是初步具备了建构物理模型的意识，还没有发展成一种常用的工具手段；不少学生形象思维能力比较强，但是不善于多角度思考，发散性思维薄弱，缺乏科学推理和论证的意识；由于受应试教育的影响，教学模式单一，一味地沉迷课本、进行题海战术，学生缺乏问题意识，质疑创新能力得不到提高。
（五）科学思维的基本方法
科学思维的内容并非一成不变，随着人类对客观事物认知的逐步加深，形成了以下几种思维方法。
1.分析与综合
在字典中分别查找“分析”和“综合”两个词，给出的解释是：分析是指将一个复杂的整体分解为简单的个体，并寻找这些简单个体之间内在联系的过程；综合是指将分析过的对象或现象的各个部分、各个属性联合成一个系统。在科学活动中，各个组成要素之间往往相互制约，我们通常需要对研究对象进行分解，然后对各个要素进行考察和研究，分析它们在整体中的地位及联系。然而，在进行科学思维的过程中只进行分析通常是不够的，还需要在分析的基础上对各个要素进行重新整合，从整体的视角来分析问题，从而揭露事物的本质属性。分析与综合是用不同视角来揭露事物本质规律的方法，二者并非互斥关系，在解决实际问题时往往要将二者结合起来才能达到更好的效果。
2.抽象与概括
为揭示事物的本质规律，我们通常要针对研究对象的特点，将问题中次要的、非本质的因素去掉，将研究问题的主要因素从烦琐复杂的情境中抽象出来，并把重点重新整合形成一个主题明确、便于研究、轮廓清晰的研究对象。这种抽象与概括的方法在科学思维中尤为常见，如理想实验法。
3.比较与分类
比较是指将两种或两种以上有某种联系的事物依据一定的参照标准进行对照和分析，常见的比较有差异比较、系统比较和类似比较。比较法可以将不同的事物进行对比分析，帮助我们解释事物的矛盾和统一；分类法可以将研究对象进行系统本质的划分，有助于人们按照系统进行演绎推理，发现新内容。在科学思维活动中通常以比较为基础，依据研究对象的异同，将事物按照一定的标准分门别类地进行分类对比。
4.逻辑推理
在具体问题中，思维的内容总是相互联系的，这就需要我们通过一定的逻辑推理活动理清思绪、看清本质。逻辑推理主要有演绎和归纳两大推理。归纳推理是由特殊到一般的推理方法，比如在化学史上化学家通过考察发现氦、氖、氩、氪、氙和氡是零族元素且都是惰性气体，由此得出零族元素都是惰性气体的结论。演绎推理是由一般到特殊的推理方法，比如所有哺乳动物都有脊椎，人属于哺乳动物，从而得出人有脊椎这一结论。
笔者整理了12种高中阶段常见的科学方法，并对这12种科学方法进行了分析，归纳出各自所属的科学思维方法类型，如表3-2所示。
表3-2 高中常见的科学思维方法
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