基于物理思想的中學(xué)物理教學(xué)探討

林錫波

摘 要：物理思想是物理思維方法的靈魂，為提升學(xué)生核心素養(yǎng)，以物理思想為教學(xué)起點(diǎn)和學(xué)習(xí)終點(diǎn)，統(tǒng)領(lǐng)高中物理教學(xué)?！奥菪桨l(fā)展” 教學(xué)策略符合學(xué)生思維發(fā)展的階段性與理解水平的階段性?！皬淖鲋袑W(xué)” 動(dòng)手做重演發(fā)生形成和發(fā)展過程，讓物理思想在頭腦里產(chǎn)生出來，教師只充當(dāng)思想形成的“催化劑”，使學(xué)習(xí)成為學(xué)生“亞研究” 、“再創(chuàng)造”的過程。

關(guān)鍵詞：物理思想；物理教學(xué)；螺旋式發(fā)展；從做中學(xué)

引言

在高中物理教學(xué)中普遍忽視了學(xué)科思想的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的教學(xué)，卻又使學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)陷入龐雜、零散而缺乏整合；強(qiáng)調(diào)解題技巧的訓(xùn)練，卻又使學(xué)生的技能學(xué)習(xí)停留于淺表、機(jī)械的水平而缺乏創(chuàng)造。如何才能保持對(duì)物理的興趣，把學(xué)生帶到快樂學(xué)習(xí)的境界之中，關(guān)鍵就是能否在“物理思想”層面上去學(xué)物理。

1 對(duì)物理思想的認(rèn)識(shí)

1.1 物理思想

物理思想是人們?cè)谘芯课镔|(zhì)性質(zhì)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)反映在人的意識(shí)中經(jīng)過思維活動(dòng)而產(chǎn)生的世界觀，是物理學(xué)的基本觀點(diǎn)及處理和解決問題的觀念和邏輯定式以及看待問題的情感、態(tài)度，是物理思維方法的靈魂。

物理教學(xué)應(yīng)以物理思想為教學(xué)起點(diǎn)和學(xué)習(xí)終點(diǎn)。學(xué)生實(shí)現(xiàn)三維目標(biāo)不是像坐標(biāo)軸相分離的過程，而更應(yīng)該是像一個(gè)三棱錐塔的三個(gè)面一樣，當(dāng)人們站在塔的不同側(cè)面的底部時(shí)，他們之間相距很遠(yuǎn)，但當(dāng)他們爬到塔的高處時(shí)，他們之間的距離就近多了。以此推理三維目標(biāo)將隨著高度的不斷上升而不斷接近，并在頂點(diǎn)達(dá)成統(tǒng)一的物理思想，進(jìn)而提升核心素養(yǎng)。

1.2 物理思想的發(fā)展及中學(xué)幾個(gè)重要的物理思想

亞里士多德，以物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及其與時(shí)間、空間、周圍物體的關(guān)系及物質(zhì)本原為研究對(duì)象，重視觀察，強(qiáng)調(diào)思維邏輯的作用，首先引用數(shù)學(xué)方法來考察具體物理定律。伽利略，把科學(xué)實(shí)驗(yàn)思想方法首次引入物理學(xué)中，開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)。牛頓，因果決定論，其核心是力和力所決定的因果性，認(rèn)為找到了力的規(guī)律就是找到了對(duì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的解釋。愛因斯坦，堅(jiān)信自然界的統(tǒng)一性和合理性，對(duì)自然界的統(tǒng)一性、相對(duì)性和規(guī)律性的理解，是他生活的最高目標(biāo)。

在高中物理教學(xué)中，應(yīng)該滲透的幾個(gè)重要的物理思想。

等效思想。如力的合成與分解、等效電阻、電路、電源等。從歷史故事曹沖稱象引出等效思想，在力的合成實(shí)驗(yàn)原理中體現(xiàn)力的作用效果的等效代替。

模型思想（物理模型、理想模型）。對(duì)實(shí)際問題簡(jiǎn)化為物理原型，再現(xiàn)原型的本質(zhì)。如，小到質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷基本物理模型，大到知識(shí)體系“地心說”、“日心說”、“宇廟大爆炸”物理建模思想。

數(shù)理思想（極限、微元、控制變量思想）。在瞬時(shí)速度定義中，應(yīng)用數(shù)學(xué)極限思想；在運(yùn)動(dòng)規(guī)律描述中，結(jié)合數(shù)學(xué)函數(shù)原理；在運(yùn)動(dòng)合成與分解中，通過引用“劉徽割圓術(shù)”事例體會(huì)“化曲為直”的思想；由量變到質(zhì)變的辯證思想，牛頓通過數(shù)學(xué)計(jì)算預(yù)見了發(fā)射人造衛(wèi)星的可能性；在探究牛頓第二定律加速度時(shí)，滲透控制變量思想。

守恒思想。質(zhì)量、電量、能量、動(dòng)量守恒，包含“東西守恒”與“變中不變”，“有得有失”與“心理平衡”的思想。

2 以物理思想統(tǒng)領(lǐng)高中物理教學(xué)的思考

2.1 物理思想統(tǒng)領(lǐng)高中物理教學(xué)的必要性

愛因斯坦指出：“在建立一個(gè)物理學(xué)理論時(shí)，基本觀念起了最主要的作用。物理書上充滿了復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，但是所有的物理學(xué)理論都是起源于思維與觀念，而不是公式?！睆奈锢硭枷氲囊暯呛透叨葋戆盐崭咧形锢斫虒W(xué)，可獲得“由授人以魚變授人以漁”的教學(xué)效果。在教學(xué)中，關(guān)注物理學(xué)家如何提出科學(xué)問題，他們?cè)谒伎己徒鉀Q物理問題過程中有哪些關(guān)鍵環(huán)節(jié)；關(guān)注在物理知識(shí)形成過程中，形成了哪些思想方法；關(guān)注物理學(xué)在研究自然的過程中形成了什么思想，這些思想又是怎樣發(fā)展并演化成為今天的物理思想[1 ]。

2.2 以物理思想統(tǒng)領(lǐng)高中物理教學(xué)的探究

2.2.1 螺旋式發(fā)展教學(xué)策略，形成科學(xué)的物理思想

布魯納提出“螺旋式教學(xué)”，就是采用與學(xué)生思維方式相符的教學(xué)形式，隨著學(xué)生成長(zhǎng)，不斷拓廣和加深學(xué)科的內(nèi)容，使之在課程中呈螺旋式上升態(tài)勢(shì)的教學(xué)模式。物理學(xué)知識(shí)要求學(xué)生的物理思想、思維能力必須按螺旋式發(fā)展，因此教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)物理思想進(jìn)行有效的聯(lián)系和對(duì)比，需要構(gòu)建螺旋式上升高中物理教學(xué)體系，“螺旋式發(fā)展”是學(xué)生思維發(fā)展的階段性與理解水平的階段性的綜合反應(yīng) [2 ]。

前期，初步形成高中物理思想，進(jìn)入螺旋式上升的初期。這階段目標(biāo)要求是從初中過渡到高中，設(shè)置合適的階梯，讓學(xué)生體會(huì)初高中物理的異同，逐步形成物理思想雛形。初中以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，教材內(nèi)容是簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象和結(jié)論，對(duì)物理概念和規(guī)律的定義與解釋簡(jiǎn)單粗略，研究問題大多是單一的對(duì)象，單一的過程、靜態(tài)的簡(jiǎn)單問題；高中物理教學(xué)則采用觀察實(shí)驗(yàn)、抽象思維和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合，對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行模型抽象和數(shù)學(xué)化描述，要求通過抽象概括、想象、假說、邏輯推理來揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)和變化規(guī)律，研究解決的往往是涉及對(duì)象多個(gè)狀態(tài)、多個(gè)過程、動(dòng)態(tài)的復(fù)雜問題。對(duì)思維能力要求高，要有全面完善的物理思想的指導(dǎo)。

中期，目標(biāo)要求學(xué)生能適應(yīng)高中物理的學(xué)習(xí)環(huán)境，從螺旋的上升期過渡到螺旋的平衡發(fā)展期，形成比較成熟的物理思想。熟練掌握建立理想物理模型的思維方式，能用控制變量法進(jìn)行分析，能應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題。充分利用場(chǎng)理論和守恒定律學(xué)習(xí)，全面發(fā)展科學(xué)的物理思想。在電磁學(xué)中，將學(xué)生帶入“場(chǎng)”的想象中，進(jìn)入微觀世界的思維方式，要注意培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力（數(shù)理思想），提升學(xué)生空間思維能力。要特別注重“最近發(fā)展區(qū)”的理念，從場(chǎng)的對(duì)稱性和力的等效思想分析入手，幫助學(xué)生逐步掌握?qǐng)龊臀⒂^世界的物理思想，實(shí)現(xiàn)物理思想的轉(zhuǎn)換。通過力的平衡、機(jī)械能守恒和能量守恒等內(nèi)容學(xué)習(xí)，形成多角度分析問題的意識(shí)和能力，形成既考慮部分又考慮整體的物理思想。體會(huì)牛頓經(jīng)典物理簡(jiǎn)單、和諧、統(tǒng)一的思想。通過原子物理的學(xué)習(xí)，活躍學(xué)生的思想，初步實(shí)現(xiàn)從經(jīng)典物理思想向量子化思想的轉(zhuǎn)變，體會(huì)愛因斯坦的物理思想。

后期，是完善物理思想的階段，要求學(xué)生能站在物理思想的高度看待物理問題形成綜合能力。既能用牛頓的因果決定論的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和天地統(tǒng)一思想來分析解決問題，也能用守恒思想從部分與整體的關(guān)系來分析解決問題。既能用理想化模型（模型思想），抓住主要問題來思考問題，又能用控制變量（數(shù)理思想）全面思考問題。我們要充分利用和把握物理知識(shí)的這種螺旋式結(jié)構(gòu)，并通過探討螺旋式結(jié)構(gòu)與物理教學(xué)之間的關(guān)系，認(rèn)清物理學(xué)習(xí)、思想形成的螺旋式發(fā)展的特點(diǎn)，注重知識(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系，加強(qiáng)知識(shí)的層次性建構(gòu)，使學(xué)生對(duì)物理思想的形成，實(shí)現(xiàn)“螺旋式發(fā)展”的高效性。

2.2.2 從做中學(xué)教學(xué)策略，形成科學(xué)的物理思想

杜威提出了“從做中學(xué)”的基本原則，他認(rèn)為學(xué)生應(yīng)該從自身的活動(dòng)中進(jìn)行學(xué)習(xí)，以使學(xué)生的興趣和需要得到滿足。強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程中，要喚起學(xué)生思維，將模糊的、疑難的情況轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦?、確定的情境，強(qiáng)化體驗(yàn)以喚醒思維，形成科學(xué)思想。動(dòng)手做重演發(fā)生形成和發(fā)展過程，讓思想在頭腦里產(chǎn)生出來，教師只充當(dāng)思想形成的“催化劑”，使學(xué)習(xí)成為學(xué)生“亞研究”、“再創(chuàng)造”的過程。物理思想是一種智慧，表現(xiàn)在經(jīng)驗(yàn)和思考的過程，智慧是悟出來的，高中生獲得物理思想的基本方式與目標(biāo)要求是“感悟”。感悟，來源于親身經(jīng)歷與感受，讓學(xué)生親自操作，認(rèn)真感悟過程，自主建構(gòu)物理知識(shí)體系。

例如，“物體的運(yùn)動(dòng)是否需要力來維持？”這不單是知識(shí)性問題，它涉及到人平時(shí)生活中的觀念甚至是處事哲學(xué)。不懂物理的人，往往被表面現(xiàn)象錯(cuò)覺所左右，甚至是亞里士多德那樣的偉人都如此。雖然現(xiàn)在的學(xué)生，并不受亞里士多德的直接影響，但卻有亞里士多德一樣的自然認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中應(yīng)該通過動(dòng)手做體驗(yàn)真理，讓小球從同一斜面滾下，在不同的水平接觸面上運(yùn)動(dòng)的距離不同；讓不同的小球（鐵球、木球、乒乓球）從同一高度下落，從空氣進(jìn)入水中，感受運(yùn)動(dòng)的不同變化，從而破除“力是維持運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)；利用小球沖上斜面與豎直向上拋出，觀察剛開始上升階段到下落過程前后不同的變化，破除有“沖力”和“拋力”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

物理模型來自生活，在研究拋體運(yùn)動(dòng)時(shí)，各類拋體運(yùn)動(dòng)模型建立來自體育運(yùn)動(dòng)，通過學(xué)生參與乒乓球、排球、籃球、鉛球等各種活動(dòng)，科學(xué)建模，將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、形象化、模型化，揭示原型特征和本質(zhì)，“從做中學(xué)”形成模型思想。如（2015年全國(guó)I卷第18題）一帶有乒乓球發(fā)射機(jī)的乒乓球臺(tái)如圖1所示。水平臺(tái)面的長(zhǎng)和寬分別為L(zhǎng)1和L2，中間球網(wǎng)高度為h。發(fā)射機(jī)安裝于臺(tái)面左側(cè)邊緣的中點(diǎn)，能以不同速率向右側(cè)不同方向水平發(fā)射球，發(fā)射點(diǎn)距臺(tái)面高度為3h。不計(jì)空氣的作用，重力加速度大小為g。若球的發(fā)射速率v在某范圍內(nèi)，通過選擇合適的方向，就能使球落到球網(wǎng)右側(cè)臺(tái)面上，則v的最大取值范圍是多少？本題考查平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律和空間想象力，考查學(xué)生的建模能力（模型思想）。又如，排球扣球問題，如圖2所示，排球場(chǎng)總長(zhǎng)為18m，設(shè)網(wǎng)高為2.5m，假設(shè)從對(duì)方飛來一球，剛好在3m線正上方被后排強(qiáng)攻擊回。假設(shè)排球被擊回的初速度方向是水平的，將排球視為質(zhì)點(diǎn)，且排球在飛行過程中所受空氣阻力和浮力均不計(jì)。（1）若隊(duì)員擊球點(diǎn)的高度為2.25m，則球擊回的水平速度應(yīng)在什么范圍內(nèi)才能使球既不會(huì)觸網(wǎng)也不會(huì)出界？（2）若隊(duì)員仍從3m線處豎直起跳，起跳高度y滿足什么條件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無論球的速度多大都是觸網(wǎng)或出界？這樣的問題，既訓(xùn)練了平拋建模，又能結(jié)合數(shù)理思想與空間想象能力解決復(fù)雜的物理問題?！皬淖鲋袑W(xué)”有效提升學(xué)生的物理思想和學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮華.以物理觀念統(tǒng)領(lǐng)物理教學(xué)[J].中學(xué)物理教與學(xué)，2014（10）：3.

[2]夏良英.構(gòu)建螺旋上升式高中物理教學(xué)體系的探討[J].物理教師，2014（9）：19.