基于物理作业设计的学生科学思维能力培养策略研究

摘要：在新时代背景下，随着教育理念的不断革新，“双减”政策与新课程改革的深入推进，对学生科学思维能力的培养愈发受到重视。物理作业作为物理教学的重要环节，不仅是巩固课堂知识、提升学习成绩的有效手段，更是培养学生科学思维能力的重要途径。文章旨在探讨物理作业设计对学生科学思维能力培养的影响，通过理论与实践相结合的研究方法，分析当前物理作业设计中存在的问题，提出科学合理的作业设计方案，以期通过优化作业设计，有效提升学生的科学思维能力。

关键词：物理作业设计；科学思维能力；“双减”政策；新课程改革

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1673-8918（2025）06-0127-03

随着《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》和《基础教育课程教学改革深化行动方案》等政策的出台，国家对中小学科学教育质量提出了更高的要求。物理作为自然科学的重要学科，在培养学生科学思维能力方面具有得天独厚的优势。然而，传统物理作业设计往往注重知识的机械记忆和解题技巧的训练，忽视了对学生科学思维能力的培养。因此，如何设计科学合理的物理作业，成为当前物理教育改革的重要课题。

国内外关于物理作业设计对学生科学思维能力培养的研究已经取得了一定的成果。国内研究主要集中在作业设计的原则、方法、策略等方面，强调作业设计应注重学生的个体差异和认知规律，以培养学生的创新精神和实践能力为目标。我国著名教育家陶行知老先生提出了“教学做合一”的教学论思想，强调学生在学习过程中应积极探索，通过不同的教学活动激发对知识的求知欲望和动力兴趣。苏联教育实践家和教育理论家苏霍姆林斯基也指出，只有当知识成为精神生活的因素，占据人的思想，激发人的兴趣时，才能称之为知识。这些理论都强调了学生在学习过程中的主动性和积极性，以及科学思维能力培养的重要性。国外研究则更加注重作业设计的实践性和探究性，强调通过作业设计引导学生主动探索物理现象和规律，培养其科学思维和解决问题的能力。美国著名教育学家拉尔夫·泰勒在其著作《课程与教学的基本原理》中指出，学习经验是学生在学习环境中的外部条件之间的相互作用，学习是通过学生的主动行为而发生的。这一观点强调了学生在学习过程中的主体地位，以及通过主动探索和实践来培养科学思维能力的重要性。

然而，当前研究仍存在一些问题，如作业设计缺乏系统性、创新性不足等。因此，文章研究旨在通过深入探索物理作业设计与学生科学思维能力培养的关系，提出更加科学、有效的作业设计方案。本研究采用文献研究法、调查问卷法和案例分析法相结合的研究方法。通过广泛搜集与本课题相关的文献资料，了解当前国内外关于科学思维能力培养的研究现状和发展趋势；通过设计调查问卷，了解学生和教师对物理作业设计的看法和需求；通过典型案例的分析，探索科学合理的物理作业设计方案。

一、 物理作业设计与科学思维能力培养的关系

作业设计是指教师根据教学目标和学生实际情况，对作业的内容、形式、难度和量等方面进行的精心规划和设计。科学思维能力是指学生在学习和实践过程中，运用科学方法进行分析、推理、论证和解决问题的能力，包括模型构建能力、科学推理能力、科学论证能力和质疑创新能力等。物理作业设计作为物理教学的重要组成部分，其目的不仅在于巩固和拓展课堂所学知识，更在于通过作业的实践过程，培养学生的科学思维能力。

物理作业设计对培养学生科学思维能力具有重要的理论基础，主要包括建构主义学习理论、科学思维理论和探究式学习理论。建构主义强调学习是知识的主动建构过程，物理作业可以通过实验和推理环节引导学生构建知识；科学思维理论则通过观察、假设、实验等步骤帮助学生掌握科学的思维方法；探究式学习注重让学生通过问题解决和自主探究培养创新思维。此外，布鲁姆的认知目标分类理论、元认知理论和社会建构主义理论也为物理作业设计提供了支持，帮助学生逐步发展高阶思维能力、元认知能力和协作能力。

二、 物理作业设计现状调查分析

（一）调查对象与方法

文章研究以南阳市第九中学校初中部师生为对象，通过问卷调查与访谈，深入探究该校物理作业设计的现状。问卷内容全面覆盖作业内容、形式、难度及作业量等关键方面，访谈则深入收集师生对作业设计的具体意见和建议。

（二）调查结果与分析

作业内容方面，南阳市第九中学校初中部物理作业侧重知识点巩固，却忽视了科学思维能力的培养。作业缺乏解决实际问题、科学探究和创新的环节，可能导致学生科学思维能力锻炼不足。

作业形式上，该校物理作业以书面作业为主，形式单一，缺乏实践性和创新性，难以激发学生的学习兴趣。学生更希望作业形式多样化，如实验、观察、调查等，以加深对物理知识的理解和应用。

作业难度方面，部分作业难度设置不合理。过高难度让学生难以完成，产生挫败感；过低难度则缺乏挑战性，无法激发学生的学习兴趣。合理设计作业难度对提升学生科学思维能力至关重要。

作业量方面，学生普遍反映物理作业量大，课业负担重，影响学习兴趣和效果，甚至产生抵触情绪。因此，合理控制作业量，同时需与学生的实际能力和需求相适应，确保作业的有效性和针对，性是当前物理作业设计亟待解决的问题。

三、 物理作业设计与学生科学思维能力培养策略

（一）物理作业设计对学生科学思维能力的培养

针对目前调查中存在的问题，在进行物理作业设计时，要注意以下几点：

1. 提高学生模型构建能力培养

在物理作业设计中，注重引导学生运用所学知识构建物理模型，将抽象复杂的物理问题转化为直观、具体的模型，从而帮助学生更好地理解物理现象和规律。通过模型构建，学生可以更加清晰地认识问题的本质，找到解决问题的关键路径。例如，在电路教学中，设计作业让学生根据电路元件的连接方式和电学性质，构建电路模型，如串联电路、并联电路、混联电路等，并计算电路中的电流、电压等参数。

2. 提高科学推理能力

通过作业设计，引导学生学会从一个或多个已学的知识点出发，通过逻辑推理和演绎推理等方法，推导出新的知识点或结论。这种推理过程可以帮助学生深入理解物理概念和规律，培养他们的逻辑思维和批判性思维能力。例如，设计作业题目，要求学生根据牛顿运动定律等力学原理，推导出物体在不同条件下的运动状态或受力情况。

3. 提高科学论证的能力

鼓励学生通过实验设计和实验验证来论证所学的物理知识。作业设计中可以包含实验设计题目，要求学生根据所学知识和实验条件，设计实验方案、进行实验操作、记录实验数据并分析结果。通过这个过程，学生可以体验到实验论证的乐趣和成就感，同时培养他们的实验技能和科学精神。例如，验证光的折射定律：设计作业让学生利用光学实验器材（如激光笔、玻璃砖等），设计实验方案，验证光的折射定律，并记录实验数据进行分析。

4. 提高学生质疑创新能力培养

在作业设计中融入质疑和创新元素，鼓励学生对所学知识进行质疑和反思，提出新的问题和观点。同时，设计一些开放性的作业题目，让学生发挥想象力和创造力，设计出具有创新性的实验方案或解决方案。例如，设计作业题目，要求学生针对某个物理理论或定律提出质疑或反思，并尝试提出自己的见解或改进方案；在作业中设计一些创新性的实验题目，如“设计一种测量密度的新方法”“利用家庭常见物品制作一个简单的物理实验装置”等，鼓励学生发挥想象力和创造力进行实验设计。

（二）作业反馈与评价机制

在初中物理的分层作业设计中，建立有效的反馈与评价机制是提升学生学习效果的重要环节。及时、有效的反馈不仅能够帮助学生认识到自己的优点与不足，还能激励他们在学习过程中不断进步。

教师应迅速反馈作业，不仅确认答案，还要提供改进建议，如指出压强计算题中的错误步骤，引导正确思路；评价机制需多元化，除分数外，加入自我评价和同伴评价，培养自我监控能力和合作学习能力；反馈应个性化，基础层学生需细致反馈建立信心，发展层和拓展层学生则获挑战性反馈鼓励深层思考；定期评价与反馈总结会议也很重要，让学生分享体验、总结问题与进步，增强归属感，为教师改进教学提供参考。

四、 研究结果与分析

为了深入验证优化物理作业设计策略与方法的有效性，文章研究在某初中二年级随机选取了两个平行班，分别标记为实验组与对照组。这两个班级的学生在学业成绩、学习态度及课堂参与度等方面均无明显差异，确保了研究的公正性和有效性。对照组则沿用传统的物理作业设计方案，主要包括完成课本习题和复习课堂知识点。这些作业侧重于巩固学生的基础知识，但在提升科学思维能力方面相对较弱。例如，在学习浮力原理时，对照组学生仅需完成与浮力相关的习题练习，缺乏实践探究和深入思考的环节。在为期六周的实践研究中，实验组和对照组均按照各自的作业设计方案进行学习。教师定期对学生的作业完成情况进行检查和反馈，确保学生能够按照要求完成作业。同时，为了客观评估学生的科学思维能力变化，文章研究在实践前后分别对两个班级的学生进行了科学思维能力测试。

通过对测试结果的统计分析，本研究发现实验组学生的科学思维能力得分显著高于对照组学生。实验组学生表现出更强的抽象概括能力和问题解决能力，展现出良好的逻辑推理能并且敢于提出新颖的观点和想法，并能够通过实践来验证其可行性。这表明，优化后的物理作业设计方案在提升学生科学思维能力方面具有显著效果。通过增加探究实验和开放性问题等环节，作业设计能够引导学生更深入地思考和理解物理现象，从而培养他们的科学思维能力。

五、 结论

本研究围绕物理作业设计对学生科学思维能力的培养展开，结合文献研究、问卷调查和案例分析方法，探讨了现有物理作业设计中存在的不足之处，并提出了优化策略。研究表明，当前传统物理作业形式单一，侧重知识巩固，但缺乏对学生科学探究和创新能力的引导，影响了科学思维能力的提升。通过引入模型构建、科学推理、实验论证以及质疑创新等设计理念，优化后的作业方案不仅有效提升了学生的学习兴趣和参与度，更显著改善了其科学思维能力，尤其是在抽象概括和问题解决方面的表现。

实验结果证实，优化后的作业设计方案能引导学生在实践中自主思考、反思并验证所学知识，有效促进其科学思维能力的发展。通过多样化的作业反馈和评价机制，学生得以在不断自我反思与交流中逐步进步，进一步增强了学习效果和动机。此研究的结果对物理教学改革具有指导意义，为未来物理教学中的作业设计提供了新思路，同时也为提升学生科学素养、培养其核心素养奠定了基础。

参考文献：

［1］黄康太，陈湛.在物理教学中培养学生的科学思维［J］.江西教育（管理版），2022（36）：39-40.

［2］刘洋.论陶行知“教学做合一”教学法［J］.才智，2014（36）：266-267.

［3］瓦·亚·苏霍姆林斯基.给教师的100条建议［M］.桂林：漓江出版社，2022.

［4］拉尔夫·泰勒.课程与教学的基本原理［M］.北京：人民邮电出版社，2004.

［5］刘昕.建构主义学习理论系列文章（四）建构主义主要教学模式评述［J］.中国学校体育，2008（7）：14-15.

［6］米广春.科学思维培养的实证研究［D］.上海：华东师范大学，2011.

［7］王玉雪.研究性学习视角下培养中学生数学创新意识的调查与研究［D］.济南：济南大学，2020.

［8］黄晓泽.基于布鲁姆教学目标分类法的思维导图在高中物理教学中的运用研究［D］.南昌：东华理工大学，2021.

［9］黄冬菊.基于元认知理论的初中物理概念教学设计研究［D］.兰州：西北师范大学，2022.

［10］张见萌.建构主义理论在初中物理教学中的应用研究［D］.上海：上海师范大学，2016.