借助學(xué)科思想方法 實(shí)現(xiàn)“教人以漁”

劉文慧

我國(guó)有句古話(huà)：授人以魚(yú)，只供一飯之需，教人以漁，則終生受用。這是我國(guó)古代先哲對(duì)于教育的認(rèn)識(shí)。著名的現(xiàn)代教育家陶行知先生說(shuō)過(guò)，我以為好的先生不是教書(shū)，乃是教學(xué)生學(xué)。德國(guó)教育家第斯多惠曾說(shuō)過(guò)，一個(gè)壞的教師奉送真理，一個(gè)好的教師則教人發(fā)現(xiàn)真理。古今中外的教育家都在倡導(dǎo)教學(xué)工作的目的應(yīng)該是教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的智力，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

具體到物理學(xué)科的教學(xué)工作，課程標(biāo)準(zhǔn)也明確了高中物理教學(xué)的目標(biāo)，即全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

物理的學(xué)習(xí)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一種思維方式的訓(xùn)練。物理學(xué)在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中，形成了一整套研究問(wèn)題和解決問(wèn)題的科學(xué)方法，這些方法不僅對(duì)物理學(xué)的發(fā)展起了很重要的作用，而且對(duì)其他學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響，它是辯證唯物主義哲學(xué)的重要基礎(chǔ)，深刻影響著人們的思想、觀點(diǎn)和思維方式。教師在傳授物理知識(shí)的同時(shí)更重要的是要傳播一種科學(xué)的思維方式，它對(duì)塑造學(xué)生的思想有著很重要的意義，對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展都會(huì)有深遠(yuǎn)的影響。

在高中物理的教學(xué)中，重要的思想方法有很多，例如，極限思想、類(lèi)比思想、建模思想、宏觀與微觀、數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用，等等?？梢詮某B(tài)教學(xué)與選修課兩個(gè)方面進(jìn)行滲透，將這些思想方法有效地傳授給學(xué)生。

常規(guī)教學(xué)中的學(xué)科思想方法教學(xué)

教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注兩條線(xiàn)索，一條明線(xiàn)——知識(shí)的脈絡(luò);一條暗線(xiàn)——思想方法的脈絡(luò)。教師要對(duì)中學(xué)階段物理學(xué)涉及的思想方法有系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，要有針對(duì)思想方法的教學(xué)計(jì)劃。教師要認(rèn)真地思考和計(jì)劃，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)，對(duì)相應(yīng)的學(xué)科思想方法逐漸由認(rèn)識(shí)到理解，再到能夠應(yīng)用。

1.極限思想

極限的思想是近代數(shù)學(xué)的一種重要思想，它揭示了變量與常量、無(wú)限與有限的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，是唯物辯證法的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。借助極限思想，人們可以從有限認(rèn)識(shí)無(wú)限，從“不變”認(rèn)識(shí)“變”，從直線(xiàn)形認(rèn)識(shí)曲線(xiàn)形，從量變認(rèn)識(shí)質(zhì)變，從近似認(rèn)識(shí)精確。

學(xué)生在高中第一次認(rèn)識(shí)極限思想是在學(xué)習(xí)變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度時(shí)。由于速度是變量，用V=無(wú)法解決。為此，牛頓先將一小段時(shí)間Δt內(nèi)的變速運(yùn)動(dòng)看作是勻速運(yùn)動(dòng)，用路程Δx與時(shí)間Δt之比Δx/Δt表示運(yùn)動(dòng)物體的平均速度，讓?duì)無(wú)限趨近于零，得到物體的瞬時(shí)速度。這就是借助于極限的思想方法，從“不變”來(lái)認(rèn)識(shí)“變”的。

這一次教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)極限思想似懂非懂，即使聽(tīng)明白了，也不知道“讓?duì)無(wú)限趨近于零”如何操作。

第二次理解的機(jī)會(huì)是研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位移。研究方法是將勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的v-t圖像按相等的時(shí)間間隔分割開(kāi)來(lái)，將每一個(gè)Δt內(nèi)的變速運(yùn)動(dòng)近似看作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)Δt無(wú)限趨近于零，無(wú)數(shù)個(gè)矩形面積之和逐漸接近于v-t圖線(xiàn)與時(shí)間軸圍成的梯形面積。

在這一次學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生體會(huì)了用幾何的方法做到“讓?duì)無(wú)限趨近于零”之后的運(yùn)算過(guò)程。

接下來(lái)的實(shí)踐機(jī)會(huì)是探究彈性勢(shì)能表達(dá)式的過(guò)程中彈簧彈力做功的計(jì)算。當(dāng)學(xué)生畫(huà)出來(lái)彈力隨位移變化的圖像后，不少人都意識(shí)到眼前的問(wèn)題與研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位移是非常相似的，利用求面積的方法計(jì)算出彈力做的功。

在這兩個(gè)數(shù)學(xué)形式非常相似的情境之后，是一個(gè)比較抽象的實(shí)踐機(jī)會(huì)——理論推導(dǎo)動(dòng)能定理。

教學(xué)過(guò)程中，當(dāng)完成了第一環(huán)節(jié)恒力作用過(guò)程的分析之后，引導(dǎo)學(xué)生思考目前結(jié)論的適用范圍，變力作用下的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)是否適用？如果是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)呢？有了前面學(xué)習(xí)過(guò)程中的訓(xùn)練，很多學(xué)生都能想到利用無(wú)限分割的方法，將復(fù)雜的研究過(guò)程分割為無(wú)數(shù)個(gè)可以看作恒力作用的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，經(jīng)過(guò)標(biāo)量累計(jì)之后會(huì)得到相同的結(jié)論。

另一次完全不同的經(jīng)歷是在電學(xué)學(xué)習(xí)中有關(guān)電容器的教學(xué)。教學(xué)中可以用電流傳感器采集電容器的充電電流，對(duì)比幾幅充電過(guò)程的i-t圖像，學(xué)生能夠從中比較出電容器容納電荷量的多少。這是應(yīng)用極限思想解決不規(guī)則圖像的實(shí)踐。

2.類(lèi)比思想

類(lèi)比是指在新事物同已知事物間具有類(lèi)似的方面作比較。類(lèi)比法是人們所熟知的幾種邏輯推理中，最富有創(chuàng)造性的。科學(xué)史上很多重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明，往往發(fā)端于類(lèi)比，類(lèi)比被譽(yù)為科學(xué)活動(dòng)中“偉大的引路人”。

盡管類(lèi)比不能替代論證，但可以為理解新知識(shí)、概念和規(guī)律提供依托，是一種從特殊到特殊的科學(xué)方法，類(lèi)比法在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。

在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)家在不斷地將未知事物與已知事物進(jìn)行類(lèi)比，從而獲取對(duì)新事物的認(rèn)識(shí)。在對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，牛頓觀察到光的反射現(xiàn)象與彈性小球撞到硬壁被反射回來(lái)的現(xiàn)象相似，提出了微粒說(shuō);惠更斯研究發(fā)現(xiàn)，光從一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)中發(fā)生折射的現(xiàn)象與水波由深水區(qū)傳到淺水區(qū)發(fā)生折射的現(xiàn)象相似，提出了波動(dòng)說(shuō)……

對(duì)于高中階段的學(xué)生，教師可以指導(dǎo)他們將相似的概念、規(guī)律進(jìn)行比較，比如，學(xué)習(xí)電勢(shì)能時(shí)可以用重力勢(shì)能作為鋪墊，學(xué)習(xí)動(dòng)量定理時(shí)可以用動(dòng)能定理幫助理解，在這樣的比較過(guò)程中就可以達(dá)到用熟悉的知識(shí)幫助理解陌生的知識(shí)，用形象的知識(shí)幫助理解抽象的知識(shí)的目的，減小學(xué)生對(duì)知識(shí)記憶的壓力，同時(shí)讓學(xué)生去體會(huì)自然規(guī)律的統(tǒng)一、和諧和簡(jiǎn)單之美。

選修課中的學(xué)科思想方法教學(xué)

除了課堂教學(xué)之外，可以利用選修課，打破章節(jié)的限制，將同一思想方法在不同領(lǐng)域的應(yīng)用集中在一起，淋漓盡致地展現(xiàn)學(xué)科思想方法在物理學(xué)發(fā)展和研究中的重要推動(dòng)作用。

1.物理問(wèn)題中的數(shù)學(xué)知識(shí)

數(shù)學(xué)是表達(dá)物理學(xué)的語(yǔ)言。然而，我們的學(xué)生習(xí)慣將學(xué)科間畫(huà)出嚴(yán)格的界限。因此，我在課程中設(shè)計(jì)了幾個(gè)有關(guān)物理問(wèn)題中的數(shù)學(xué)知識(shí)的專(zhuān)題，包括幾何知識(shí)、圖像法、函數(shù)、歸納法。

在幾何知識(shí)應(yīng)用于物理學(xué)的這個(gè)專(zhuān)題中，最為經(jīng)典的當(dāng)屬古希臘先賢利用幾何學(xué)推算太陽(yáng)大小的案例。在這個(gè)案例中，學(xué)生感受到幾個(gè)簡(jiǎn)單線(xiàn)條組成的圖形中所蘊(yùn)藏的大智慧、大奧秘，體會(huì)到幾何知識(shí)對(duì)于物理研究的推動(dòng)作用。

具體到幾何知識(shí)在高中物理中的應(yīng)用，通過(guò)學(xué)生熟悉的力學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)的經(jīng)典案例，共點(diǎn)力平衡問(wèn)題、帶電粒子在磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題以及幾何光學(xué)的問(wèn)題的分析，讓他們體會(huì)物理學(xué)中的幾何規(guī)律。

例如，共點(diǎn)力平衡問(wèn)題中，合力與分力的關(guān)系可以用平行四邊形或三角形表現(xiàn)，利用圖形形狀的變化可以判斷力的大小和方向的變化，特殊情況下還可能用到勾股定理、三角函數(shù)，甚至是相似三角形的相關(guān)規(guī)律，數(shù)學(xué)形式可謂豐富多變。

2.物理現(xiàn)象中的宏觀與微觀

對(duì)于同一物理問(wèn)題，常常可以從宏觀與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從微觀角度對(duì)宏觀現(xiàn)象做出解釋?zhuān)瑥亩由羁痰乩斫馄湮锢肀举|(zhì)。

高中物理中可以從這樣兩個(gè)角度進(jìn)行審視的問(wèn)題還真不少，例如分子動(dòng)理論的建立過(guò)程，電流的微觀解釋?zhuān)努F(xiàn)象的電本質(zhì)，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原理，等等。選修課上將這些案例集中展示，讓學(xué)生體會(huì)到從微觀的視角去探尋宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)是自然科學(xué)研究的必然方向，它不僅僅適用于物理學(xué)，同樣適用于化學(xué)和生物學(xué)。

例如，對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原理的分析，宏觀角度是法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用，微觀角度有兩個(gè)不同的方法。一是從洛倫茲力作為非靜電力搬運(yùn)電荷用電動(dòng)勢(shì)的定義進(jìn)行推理，二是由部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電荷重新分布形成電場(chǎng)，最終自由電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡進(jìn)行分析。這兩個(gè)微觀視角的研究更加本質(zhì)地闡明了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因。

物理課程的教育目標(biāo)不僅僅是傳授物理知識(shí)、講授物理規(guī)律，而是要在傳授知識(shí)的同時(shí)完成更為豐富的學(xué)生培養(yǎng)任務(wù)，如提升學(xué)生探索興趣及能力，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣與創(chuàng)新意識(shí)，樹(shù)立正確的科學(xué)觀。作為教師，我很清楚，物理知識(shí)只是載體，努力挖掘知識(shí)背后的思想方法、人文科學(xué)，才能帶著學(xué)生去認(rèn)識(shí)更為豐富的世界，促進(jìn)學(xué)生的自我完善和提升，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

在快餐文化充斥的今天，求學(xué)路上的學(xué)生也變得極其沒(méi)有耐心，他們迫不及待地想要知道結(jié)論，不愿意去經(jīng)歷和體會(huì)探尋結(jié)論的過(guò)程。這就需要我們教師尋找一切機(jī)會(huì)闡述和展示學(xué)科思想方法的重要性，一點(diǎn)一點(diǎn)滲透、推進(jìn)，推動(dòng)學(xué)生從更高的視角——學(xué)科思想方法的角度去俯視物理學(xué)，讓他們明白自己在物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中不僅收獲了物理知識(shí)，更重要的是收獲了可以讓他們走得更遠(yuǎn)的思想方法。

參考文獻(xiàn)：

1.朱龍祥編.物理教學(xué)思維方式.北京：首都師范大學(xué)出版社，2000.

2.閻金鐸，田世昆編.中學(xué)物理教學(xué)概論.北京：高等教育出版社，2003.

3.廖伯琴等編.中學(xué)物理教程改革的目標(biāo)與實(shí)施.北京：高等教育出版社，2003.