物理課堂教學對思維的訓練

牟懷廣 米帥帥 王文章 陳建香

(淄博實驗中學 山東 淄博 255000)

物理課堂教學對思維的訓練

牟懷廣 米帥帥 王文章 陳建香

(淄博實驗中學 山東 淄博 255000)

首先介紹了思維的定義及其被訓練的必要性，之后介紹了思維被訓練的可能性，然后介紹了物理學的特點，分析了物理教學可以訓練思維的原因，最后就如何在物理課堂教學中訓練思維提出了自己的策略.

物理教學 思維訓練 思維

談到思維，首先想到的是創(chuàng)新性思維，而且已經(jīng)有很多的專家學者對于創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)做出了卓有成效的研究.因此，在述及物理課堂教學對思維的培養(yǎng)時，大部分文獻也是針對創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)及其策略做出研究，對在物理課堂教學中對于思維能力本身的培養(yǎng)卻鮮有提及.本文試圖在介紹思維的定義及其訓練的必要性與可能性的基礎上，結合物理學本身的特點，分析物理教學能夠起到訓練思維的原因，并針對如何利用物理課堂教學訓練思維提出自己的見解.

1 思維的定義

對于“思維是什么”這個問題，不同的人會給出不同的答案.文獻[1]認為思維是一種思想活動，能夠由觀察到的事物推斷出別的事物，將前者作為對后者的信念的依據(jù)或基礎.而在心理學上，思維被定義為是對問題或情景的內(nèi)部表征或心理表征，且通常包括表象、概念和語言3種基本單位[2].

以上兩種對思維的定義，前者認為思維是一個思考的活動，在這個活動中，能夠根據(jù)已知的條件得出相關聯(lián)的結論，而后者則更強調(diào)思維的組成，并沒有強調(diào)思維的過程以及結果.

根據(jù)以上兩種對思維的不同定義，結合物理學的基本特點，在本文中筆者對思維的定義是：思維是一種思想活動，這種思想活動不同于漫無目的的瞎想，也不是沒有任何依據(jù)地得出定論，這種思想活動包含一個完整的過程.

(1)暗示：困惑、挫折或意識到困難的狀態(tài).

(2)理智化：確定疑惑究竟在什么地方，包括不太具體地指出所追求的目標，需要填補的缺口或要達到的目標.

(3)假設：提出問題的種種假設.

(4)推理：如有必要，連續(xù)檢驗這些假設，并對問題重新加以闡述.

(5)用行動檢驗這些假設：進行驗證、駁斥或改正假設[3].

以上是本文對思維的定義，那么我們?yōu)槭裁葱枰柧毸季S呢？思維訓練的必要性有哪些呢？

2 思維訓練的必要性

對于思維訓練的必要性，前人的研究已經(jīng)給我們提供了足夠的證據(jù).文獻[1]認為，思維訓練的必要性不僅僅是因為思維本身的價值對我們的吸引，也是因為思維必須得到培養(yǎng)才能正確認識自己的知識和判斷實際效果，思維需要經(jīng)常得到調(diào)節(jié)才能幫助我們將推理成為證明.

我國學者針對不同學科思維能力培養(yǎng)的必要性，也有相應的認識.文獻[4]認為“只有遵循解決物理問題的一般思維過程，并能在每個階段靈活有效地進行思維，才能順利解決物理問題”.不只是物理，其他學科的學者也意識到培養(yǎng)思維是非常有必要的.文獻[5]對思維能力在數(shù)學中的作用描述是，“數(shù)學本身的特點就是以高度的抽象性和邏輯的嚴謹性為特征的封閉的演繹體系，人們獲取或發(fā)現(xiàn)數(shù)學知識都是思維的結果”,認為思維是貫穿到整個數(shù)學中的.還有許多學者在自己的領域均對思維訓練的必要性有詳細的描述，在這里就不一一贅述了.下面要介紹的是思維訓練的可能性.

3 思維訓練的可能性

針對思維訓練的可能性問題，文獻[1]認為思維要想能夠被訓練必須具備自然思維的能力，如果連最起碼的自然思維能力都沒有的話，訓練就無從談起，因為我們需要做的是對思維的訓練而不是創(chuàng)造思維.

思維存在的客體是大腦，大腦是我們能夠進行各種思維活動的物質(zhì)基礎，因此思維能否被訓練的另外一個可能性來自于對認知神經(jīng)科學的研究結果.

神經(jīng)科學和認知科學已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：(1)學習改變大腦的物質(zhì)結構.(2)學習組織和重組大腦[6].無論是未成年人還是成年人，大腦都是可塑的，在正常大腦中，訓練可引起組織的較快改變，這也提示了神經(jīng)系統(tǒng)學習和保持新信息和技能的可塑性[7].既然人的大腦是可塑的，那么學習者的思想活動——思維——當然是可以被訓練的.

在上面的內(nèi)容中介紹了思維的定義、思維訓練的必要性與可能性，現(xiàn)在我們暫時拋開思維的問題來介紹物理學的特點.

4 物理學的特點

物理學作為一門自然科學有其獨特的特點，而對于物理學科的特點，不同的人有著不同的認識，文獻[8]曾提到物理學有以下幾個特點：

(1)物理學是一門以實驗為基礎的科學;

(2)物理學是一門嚴密的理論科學;

(3)物理學是一門定量的精密科學;

(4)物理學是一門應用十分廣泛的基礎科學;

(5)物理學是一門帶有方法論性質(zhì)的科學.

文獻[9]對物理學的學科特點也提出了與文獻[8]類似的觀點，認為物理學有以下5個特點：

(1)物理學是一門實驗與科學思維相結合的科學;

(2)物理學是一門嚴密的理論科學;

(3)物理學是一門精密的定量科學;

(4)物理學是一門基礎科學，它是自然科學的基礎之一;

(5)物理學是一門帶有方法論性質(zhì)的科學.

由上面我們看出，文獻[8,9]對物理學科的特點基本是相同的，只是表述的方式可能存在差異，而像文獻[10]與文獻[11]中提到的物理學科的特點，要么是文獻[8,9]所提觀點的一部分，要么是某一特點的延伸，如文獻[11]認為物理是一門注重分析的學科，這與文獻[8,9]提出的物理學是一門嚴密的理論科學和一門帶有方法論性質(zhì)的科學是類似的.

綜上所述，物理學是一門源于生活、注重分析、以實驗為基礎的精密的理論和定量科學，基于以上物理學科的特點，我們說通過物理教學能夠訓練學生的思維，依據(jù)是什么呢？下面我們將基于物理學的特點，結合思維的定義以及訓練的必要性來討論通過物理教學對思維進行訓練的可能性.

5 通過物理教學進行思維訓練的可能性

前文提到物理學科是一門源于生活、注重分析、以實驗為基礎的精密的理論和定量科學，首先，物理學源于生活有其生活基礎，這就為我們在物理課堂上建構學生學習情境，幫助學生發(fā)現(xiàn)問題與困惑提供了基礎.每個學習者都是帶著自己在生活中所持有的經(jīng)驗進入課堂的，正是因為物理學有其生活的基礎，才將我們建構的學科內(nèi)容與學習者已有的學習經(jīng)驗相連接，進而幫助學習者發(fā)現(xiàn)自己經(jīng)驗的問題所在，取得在原有經(jīng)驗之上的進步.這與思維活動的第一步是對應的.

其次，物理學是注重分析的，分析是找出構成整體的各個部分之間的本質(zhì)屬性及其聯(lián)系，分析的意義在于能夠找出解決問題的流程，在物理學習過程中，總伴隨著通過分析來找到解決問題的流程.我們知道，大部分情況下，當我們知道我們現(xiàn)有的已知條件和所需達到的目標之后，再去尋找解決問題的步驟要容易得多，而分析恰恰就可以幫助我們確定已知的條件以及所需達到的目標.從這一點看來，分析恰恰就是思維活動的第二步，理智化的過程.

然后，物理學以實驗為基礎，人類的物理知識主要來源于對自然的觀察，特別是來源于物理實驗，實驗同時也是檢驗物理理論真假的工具.我們遇到困惑，然后對此困惑進行理智化地分析，界定出問題的目標，然后對解決問題提出各種假設，再將各種假設帶入到實驗中去驗證，以便確定假設的真假，這自然便是思維活動后面的步驟.

最后，物理學是一門精密的定量的理論科學.定量的科學很好解釋，因為物理學中的基本規(guī)律都是以數(shù)學語言予以精確表達的，數(shù)學對思維能力的訓練，在歷史上早有定論，甚至一度在課程設置上被作為“硬科目”，這已超出本文所討論的范圍.物理學同時是一門精密的理論科學.物理學的學科體系是由一系列基本概念、基本規(guī)律和理論按照一定的邏輯順序組合而成的，其中，物理概念是構成學科知識體系的基石，物理規(guī)律和理論體系則是構成學科知識體系的主干[8].物理學這種學科體系也為我們通過獲得物理概念，運用物理規(guī)律習得理論體系來訓練思維提供了可能.

既然思維的訓練既是必要的又是可能的，物理的學科特點又能幫助我們對思維進行訓練，那么我們在課堂教學中如何做才能進行思維訓練呢？

6 課堂教學對思維訓練的策略

對于物理課堂教學對思維的訓練，筆者認為在教師指導下學生參與的教學是最能夠幫助學生訓練思維的教學方式.整個教學活動是由教師教與學生學構成的，離開了哪一方面教學都是不完整的，教師在教學中應該起到指導的作用，在課堂教學中為促進學生學習提出的認知任務盡量以最佳的順序出現(xiàn)在最佳的時機[12]，提供能夠使學生參與其中的教育經(jīng)驗,學生是通過學習中的主動行為參與學習的，他能學到什么取決于他做了什么[13]，而不是教師做了什么，因此在充分體現(xiàn)教師指導性的基礎上，必須提供能夠使學生參與其中的教育經(jīng)驗.教師可以營造環(huán)境、構建情境來提供教育經(jīng)驗.

6.1 學習環(huán)境的構建

構建學習環(huán)境是指構建一種學生能夠在其中與所提供的學習材料進行有意義的交互[14]的環(huán)境，那么這種學習環(huán)境的要求有哪些呢？按照皮亞杰的觀點，學習的過程包括了同化、順化與平衡，在整個學習的過程中，起點在于同化的失敗，即產(chǎn)生不平衡，進而順化，在這種由一個平衡的過程進入下一個平衡的過程中，學生不僅僅學會了知識，而且學會了隱藏在這些陳述性知識背后的程序性知識.因此，我們要構建的學習環(huán)境應該是源自學生的日常生活，在看似正常的環(huán)境中，將矛盾點展現(xiàn)在學生的面前，使學生產(chǎn)生不平衡.從思維的角度講，我們應該是在幫助學生學會確定問題的所在.例如，在學習自由落體運動的時候，提供真空管中羽毛與鐵釘同時落地的情境，這種情境與生活中遇到的常態(tài)是不相容的，就會促使學生產(chǎn)生不平衡，而下一步就是不平衡的消除.

6.2 認知矛盾的消除

學習環(huán)境構建完畢，學生產(chǎn)生困惑之后，即學生感受到了提供的現(xiàn)象與自己原來所持有的經(jīng)驗有矛盾之后，下一步所要做的就是消除學生這種認知上的矛盾，幫助學生習得知識并獲得隱藏在這個過程中的思考過程.下面筆者以2008年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試山東理綜卷第24題為例，介紹這個過程.

【例題】某興趣小組設計了如圖1所示的玩具軌道，其中“2008”4個等高數(shù)字用內(nèi)壁光滑的薄壁細圓管彎成，固定在豎直平面內(nèi)(所有數(shù)字均由圓或半圓組成，圓半徑比細管的內(nèi)徑大得多)，底端與水平地面相切.彈射裝置將一個小物體(可視為質(zhì)點)以v=5 m/s的水平初速度由a點彈出，從b點進入軌道，依次經(jīng)過“8002 ”后從p點水平拋出.小物體與地面ab段間的動摩擦因數(shù)μ=0.3 ，不計其他機械能損失.已知ab段長L=1.5 m，數(shù)字“0”的半徑R=0.2 m，小物體的質(zhì)量m=0.01 kg，重力加速度g=10 m/s2.求：

圖1 2008年高考山東理綜卷第24題題圖

(1)小物體從p點拋出后的水平射程；

(2)小物體經(jīng)過數(shù)字“0”的最高點時管道對小物體作用力的大小和方向.

6.2.1 確定實然與應然

實然與應然的確定就是將現(xiàn)有的條件與需要達到的目標確定下來，當確定了實然與應然之后，剩下的就是補全中間缺少的過程.

實然的確定：在本例中，實然的確定就是確定題目中所給的條件，如內(nèi)壁光滑，底端相切，va=5 m/s,Lab=1.5 m,R=0.2 m，m=0.01 kg ，g=10 m/s2.

應然的確定：在本例中，也就是我們要達到的目標——小物體從p點拋出后的水平射程.

6.2.2 提出可能的解決辦法

在這一部分我們需要根據(jù)上一步中的條件提出可能的解決辦法，以便下一步對各種解決辦法進行分析.由上面的分析知道了已知的條件與所需達到的目標.下面，先將已知條件與所需達到的目標按照圖2的形式對應起來，再在中間寫出可能的解決方式.如果可能，再將大的目標分解成小的目標.可以利用機械能守恒定律或者動能定理去解決這個問題，這都是可能的.同時，若求p點的水平拋射距離，則需求出p點的水平拋射速度與拋射點的垂直高度.

圖2 已知條件與所需達到目標對應圖

6.2.3 分析已提出的解決方案

在上面的敘述中，已經(jīng)提出了可能的解決方案，下面應該對已經(jīng)提出的方案加以推理以便確定最終的解決方案.

根據(jù)題目中的敘述，“小物體與地面ab段間的動摩擦因數(shù)μ=0.3，不計其他機械能損失”，如果采用機械能守恒定律，那么因為由a到b有機械能損失，b到p段沒有機械能損失，因此需分兩段解決這個問題.如果采用動能定理，則可以對a到p的整個過程進行解答.因此，從簡易程度上講，運用動能定理更加方便快捷.

確定了解決方案之后，就要分析在由a到p的過程中做功的力：a-b段的摩擦力，b-p段的重力.即

Wf+WG=ΔEk

代入數(shù)據(jù)就可以求出p點的速度vp.分目標一達成.

由“0”的半徑R，可以得出小物體垂直下落的距離，平拋運動的豎直方向分運動是自由落體運動，得出豎直下落所用的時間，即

得出t.

最終vpt便是水平拋出的最遠距離.

以上是整個解題的過程，實際講課的過程要比這個解題的過程麻煩得多，但是實際講課的過程與這個解題的過程中所包含的要點卻是類似的.

首先，應該構建一定的與學習者生活情境有類似點的情境，人為地放大生活中本來存在卻為人忽略的矛盾點并幫助學生發(fā)現(xiàn)這個矛盾點，看到問題的所在.

其次，與學生共同分析現(xiàn)存的已知條件與所要達到的目標.

然后，帶領學生運用以前所學的知識，分析可能的原因，提出可能的解決方案，并設置相應的支架(上面的解題步驟沒有涉及)——溝通所要學的新知識與已有知識的橋梁——幫助學生提出確實有建設意義的解決方案.

最后，利用新的知識，結合已有的知識，分析所提出的解決方案，確定最合適的方案并檢驗得出的結果.

以上4步在不同的課堂環(huán)境中會有不同的表現(xiàn)形式，在這個過程中學生不僅僅是學會了課本上的知識，而且獲得了隱藏在知識背后的這個獲得知識的思維過程.

1 杜威著.我們?nèi)绾嗡季S.伍中友,譯.北京: 新華出版社,2010

2 Conn,D.，Mitterer,O.著.心理學導論：思想與行為的認識之路(第13版).鄭鋼,譯.北京：中國輕工業(yè)出版社,2014

3 皮連生.教育心理學(第4版).上海：上海教育出版社,2011

4 胡衛(wèi)平.物理問題解決中思維能力的培養(yǎng).教育科學研究,2002(07):38～41

5 王志紅.在小學數(shù)學教學中培養(yǎng)學生思維能力方法初探.教育實踐與研究(小學版),2009(01):47～49

6 布蘭思福特著.人是如何學習的：擴展板.程可拉,譯.上海：華東師范大學出版社,2012

7 Gazzaniga,Ivry&Mangun著.認知神經(jīng)科學：關于心智的生物學.周小林，高定國,譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2011

8 李新鄉(xiāng)，張軍朋.物理教學論.北京：科學出版社,2009

9 王喜菊.物理學的學科特點.學苑教育,2014(03):67

10閻金鐸.物理課程論.廣西：廣西教育出版社,

11劉季泉.把握學科特點 輕松學好物理.科學大眾(科學教育),2012(02):42

12Joyce著.教學模式(第8版).蘭英,譯.北京：中國人民大學出版社,2014

13泰勒著.課程與教學的基本原理：英漢對照版.羅康，張閱,譯.北京：中國輕工業(yè)出版社,2014

14萊格盧斯著編.教學設計的理論與模型：教學理論的新范式(第2卷).裴新寧，鄭太年，趙健主,譯.北京：科學教育出版社,2011

TheThinkingTrainingofPhysicsClassroomTeaching

MuHuaiguangMiShuaishuaiWangWenzhangChenJianxiang

(ZiboExperimentalHighSchool,Zibo,Shandong255000)

There have been plenty of scientific achievements about cultivation and strategies of innovation ability in physical teaching. However, fewer researches about cultivation of thinking are mentioned. The first section of the article overs the definition and necessity of physical thinking. Secondly, the possibility of training physical thinking is included. Then, the features of physics and the reasons why the teaching of physics help to train the students′ ability of thinking will be discussed. At last, opinions about how to improve students′ thinking ability in the teaching of physics are put forward.

physics teaching; thinking training; thinking

牟懷廣(1990- )，男，中教初級，主要從事物理教學及研究.

指導教師：陳建香(1976- )，女，中教高級，主要從事物理教學及研究.

2016-09-10)