注重物理過程建立提升學(xué)生思維能力

戴苾芬

(江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究室 江蘇 南京 210013)

隨著新課程改革的不斷深入，課堂教學(xué)由簡單的知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾曃锢磉^程與方法，突出科學(xué)探究，提升思維品質(zhì).然而目前物理教學(xué)中仍有部分教師只重視結(jié)果，輕過程，對概念、規(guī)律形成的過程一帶而過，不注重學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，習(xí)慣把大量的時間用于訓(xùn)練習(xí)題.學(xué)生應(yīng)付常規(guī)題尚可，一旦遇到新的情景或條件略有變化，就無從下手.究其原因是沒有培養(yǎng)良好的物理思維方式，學(xué)生對物理過程和背景不清晰，無法正確建立新的物理模型及新的物理過程，不會用已有知識進行知識的正遷移.

1 讓學(xué)生經(jīng)歷概念的建立過程培養(yǎng)概括性思維能力

物理概念反映物理現(xiàn)象和過程本質(zhì)屬性，是物理事實的抽象.它是在大量的觀察、實驗基礎(chǔ)上，運用邏輯思維的方法，把一些事物本質(zhì)的共同特征集中起來加以概括而形成的.在概念教學(xué)時，不僅讓學(xué)生會運用概念分析、解釋物理現(xiàn)象和解決物理問題，而且應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷概念的建立過程.例如“自由落體運動”的概念教學(xué)中，物體下落是一種常見的運動，學(xué)生已有的生活經(jīng)驗是重的物體下落的快，這樣錯誤的前科學(xué)概念怎樣消除呢？可以讓學(xué)生動手做3 個實驗.

(1)大小相同的紙片與鐵片從同一高度自由下落，鐵片下落的快.

(2)把上述紙片握成團與鐵片從同一高度自由下落，發(fā)現(xiàn)輕的紙團下落的快.

(3)把完全相同的兩紙片，一個握成團與另一紙片從同一高度自由下落.紙團下落的快.

讓學(xué)生由這3個實驗分析出物體下落快慢與其輕重無關(guān).進一步追問為何展開的紙片總是下落的慢？引發(fā)對空氣阻力的討論，再演示牛頓管實驗.有條件的學(xué)?？刹シ耪n前錄制好的視頻.從教學(xué)樓上同時釋放兩個質(zhì)量不同的鉛球，觀察其下落的快慢，可以放慢鏡頭，并清楚地看到下落快慢基本相同.

最后進行邏輯推理，思考如果兩個輕重不同的物體同時下落，設(shè)想重物體下落的速度大于輕物體下落的速度，現(xiàn)把他們捆在一起，速度會怎么變化呢？速度小的物體一定會拖速度大的物體，使其整體速度小于原來重物體的速度.而其整體重量加大，按理應(yīng)該下落速度也加大，應(yīng)大于原重物體的速度，顯然實際情況與推理結(jié)論是有矛盾的.這樣先由實驗現(xiàn)象來直觀地提出疑問和猜測，再進行實驗驗證及邏輯推理，凸顯概念過程的建立，培養(yǎng)了學(xué)生對感性材料進行思維加工，進而抽象概括出事物的本質(zhì)屬性的能力.

2 重視物理規(guī)律的建立過程培養(yǎng)科學(xué)探究能力

物理規(guī)律是物理基礎(chǔ)知識中最重要的內(nèi)容，是物理理論的基礎(chǔ)；它與相關(guān)的物理概念一起構(gòu)成邏輯上和諧的知識結(jié)構(gòu)體系.物理規(guī)律的教學(xué)，也是開發(fā)學(xué)生智力，培養(yǎng)學(xué)生能力重要途徑之一.

2.1 感受物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

在物理規(guī)律教學(xué)中，應(yīng)讓學(xué)生了解這個規(guī)律簡要的歷史過程，知道這個規(guī)律在物理學(xué)中的作用和地位，了解前人為得出這個規(guī)律所付出的心血，對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)起到潛移默化的作用.例如，學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，讓學(xué)生查資料，知道自1821年奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電生磁”現(xiàn)象后，許多科學(xué)家?guī)缀跬瑫r在尋找“磁生電”的途徑.包括安培、科拉頓、亨利、法拉第在內(nèi)的許多著名科學(xué)家都做了艱苦的探索，但大多數(shù)人都與“磁生電”現(xiàn)象失之交臂.直至1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象.讓學(xué)生體會法拉第經(jīng)過近10年的試驗終于取得了突破性的進展，體會發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象是何等的艱辛，用科學(xué)家不畏艱難的進取精神、科學(xué)態(tài)度，來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的斗志.

2.2 讓學(xué)生主動建構(gòu)物理規(guī)律培養(yǎng)自主探究的素養(yǎng)

在物理規(guī)律教學(xué)中，教師應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)便于發(fā)現(xiàn)問題、探索規(guī)律的物理情境.但對于問題的提出、猜想與假設(shè)，以及探索規(guī)律的方案，應(yīng)由學(xué)生自己完成，教師只給予適當引導(dǎo)，而不是直接給出結(jié)論.仍以學(xué)習(xí)自由落體運動為例，在探討其遵循什么規(guī)律時，讓學(xué)生自己提出方案來探究其遵循的規(guī)律.學(xué)生可能提出四種方案，一是利用頻閃照片研究自由落體的運動規(guī)律；二是利用打點計時器的紙帶研究自由落體的運動規(guī)律；三是利用光電計時器研究自由落體的運動規(guī)律；四是利用朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室(DISLab)研究自由落體的運動規(guī)律.學(xué)生無論以哪種方法探究，對培養(yǎng)其設(shè)計方案、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論的能力都有提高，對學(xué)生物理思維能力的培養(yǎng)起到事半功倍的作用.

3 探索物理實驗的設(shè)計過程掌握科學(xué)思維方法

實驗教學(xué)是物理教學(xué)的有機組成部分，任何一條物理規(guī)律的建立，都包含許多科學(xué)的研究方法和推理思維方式.在實驗教學(xué)中不能僅重結(jié)論，要通過再現(xiàn)實驗設(shè)計、操作過程來滲透物理思想，啟發(fā)學(xué)生思路，培養(yǎng)概括、分析、推理能力.例如，《選修3-5》中驗證動量守恒定律的實驗，實驗設(shè)計是利用“等高平拋”的等時性，把無法直接測量的物理量(速度)轉(zhuǎn)化為可直接測量的物理量(位移)，蘊含了等效轉(zhuǎn)化的思維方法.再如，用音叉演示聲音是怎么產(chǎn)生的？為了讓學(xué)生看清音叉振動現(xiàn)象，常用繩系兵乓球靠近音叉，觀察球的擺動，說明音叉在振動；同樣伽利略研究自由落體運動時，由于自由下落的時間太短，當時用實驗直接驗證自由落體是勻加速運動有困難，就采用“斜面實驗”通過“沖淡重力”的方法“放大”時間.這兩個實驗都巧妙運用了轉(zhuǎn)化放大的思維方法.又如對一些微小量，不易直接測量或直接測量誤差太大，又沒有更精密的儀器時，常測若干個微小量或測若干次微小量，然后較準確的計算出待測量.用油膜法測分子直徑，就是把不能觀察到的微觀分子通過其自身的累積成為可觀測的宏觀油滴的體積和油膜面積的測量；在研究單擺振動的周期時，用秒表測一次全振動讀數(shù)誤差大，可測連續(xù)30次全振動的總時間，算出周期的準確度就提高了很多，這些都運用了累積的思維方法.除此之外，還有控制變量法、替代法、補償法，外推法等.在實驗教學(xué)中不僅要注重學(xué)生實驗操作技能的提高，更要重視實驗方法的指導(dǎo)和深化，有意識地讓學(xué)生體會物理實驗的思想方法，培養(yǎng)良好的思維品質(zhì).

4 細化解題的物理過程提高分析解決問題的思維能力

學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律時往往困難不太大，而運用物理規(guī)律解題時卻常常不會分析或遺漏部分物理過程.

圖1

分析：許多學(xué)生解題時認為小球從拋出點到最低點，由于電場力做功，機械能不守恒，但可以直接運用動能定理求出最低點的速度，再利用向心力公式求出拉力.這樣求出的拉力比實際要大，錯在哪呢？關(guān)鍵是對物理過程分析不全，不清晰，沒有細化物理過程.其實小球的運動過程可分為三個階段：第一個過程是繩處于松弛階段，小球在重力和電場力的作用下做類平拋運動；第二個過程是繩拉直的瞬間，由于繩不可伸長，沿繩方向的速度減小為零，只有垂直繩方向的速度v⊥；第三個過程，小球以O(shè)點為圓心做圓周運動.

由以上分析可知，學(xué)生的錯誤是遺漏了繩拉直瞬間，球的動能損失了一部分，導(dǎo)致最低點的速度減小，對應(yīng)繩的拉力也減小.

解析：解題關(guān)鍵是求出繩拉直時，小球所在的位置.由牛頓第二定律得

mg+qE=ma

由平拋規(guī)律得

繩拉直瞬間，則有

x2+(1-y)2=L2

由以上四式，求出y=1 m，x=2 m,即繩拉直瞬間在水平方向，如圖2所示.繩繃直時，v0減小為零，僅有垂直繩方向的速度v⊥.根據(jù)動能定理

得出最低點的速度，利用

對應(yīng)求出的實際拉力大小.

圖2

綜上所述，正確建立物理過程是解決問題的關(guān)鍵.怎樣才能讓學(xué)生重視并能正確建立物理過程呢？教師在教學(xué)中應(yīng)有意識讓學(xué)生感受科學(xué)探索的過程，體驗科學(xué)家的思維與行為方式，建立起自己的科學(xué)思維能力，把知識運用到思維和推理活動中，學(xué)會用科學(xué)思維的方法去獲取新知識，讓學(xué)生的思維能力在學(xué)習(xí)解決物理問題的過程中逐步提升.

參考文獻

1 李新鄉(xiāng),張德啟,張軍朋,王守江.物理教學(xué)論.北京：科學(xué)出版社，2005

2 宋峰，李川勇，王慧田.物理教學(xué)中讓學(xué)生感知科學(xué)探索過程，提高認知水平，培養(yǎng)物理思維能力.大學(xué)物理，2009(9)