在物理教學中培養(yǎng)學生認知能力初探

(江蘇省南京市江寧高級中學,江蘇 南京 211100)

認知能力主要涉及思維能力、交流能力、自主發(fā)展能力，本文結(jié)合具體教學案例，探討在物理教學中培養(yǎng)學生認知能力的策略。

1 提升思維深度與廣度，發(fā)展認知能力

在生活中，很多素材都是與物理息息相關(guān)，雖然有些素材的物理原理很復雜，但是點到為止的教學可以促進學生的理解。比如教師在講解物理3-5核聚變內(nèi)容前，播放《鋼鐵俠》電影片段，使學生明白鋼鐵俠的動力來源是小型聚變核反應堆，這個題材的給出激發(fā)了學生的思維，使學生對核聚變的認知不局限于課本，得到了升華，這樣的案例還有很多。

片段一

教師在講授“自由落體”時，需要讓學生分析亞里士多德和伽利略觀點，體會不同物體下落的快慢，用自己設計的小實驗來推翻“重快輕慢”的認識，教師再借助演示實驗和視頻提供嚴謹?shù)恼撟C。

教師演示牛頓管中鐵片和羽毛下落，讓學生仔細觀察并解釋現(xiàn)象。

生：好像是同時落下(速度太快看得不清楚)。

教師播放NASA真空實驗室中的自由落體實驗視頻，其中物理學家簡介了該實驗室，在將實驗室抽真空的情況下將一個保齡球和一根羽毛同時釋放，慢動作顯示：下落過程中兩個物體的運動情況完全一致。學生被保齡球和羽毛的同時下落所震驚，同時也感受到了科學實驗的嚴謹。

師：為什么生活中看見的是羽毛下落較慢呢？

生：因為羽毛受空氣阻力的影響較大。

師：排除阻力影響后，所有物體靜止下落都遵循同樣的運動規(guī)律，我們稱之為自由落體運動。

牛頓管的演示實驗讓學生了解輕重不同的物體在真空管中為什么下落快慢一樣，但學生看得并不清楚，此時學生只是說出預習過的結(jié)論，學生的認知并不是來源于對事實的充分肯定。本節(jié)課通過觀看真空實驗室中的自由落體實驗視頻，讓學生觀察到保齡球和羽毛下落快慢的一致，產(chǎn)生與伽利略的共鳴，同時明白了在生活中物體下落快慢不一樣的道理。實驗的真實性更容易讓學生發(fā)現(xiàn)已有概念與正確概念的沖突之處，學生對自由落體的認知上升到了更高的層次，提升了思維的深度與廣度。

2 提供交流與合作機會，發(fā)展認知能力

課堂不是教師一個人的舞臺，上課的目的不是教師的“教”，而應該轉(zhuǎn)換為學生的“學”。要在課堂上通過師生、生生互動交流與合作，促進學生認知能力的提升。比如在新知識教學中，學生的理解容易浮于表面。如何上好一節(jié)新授課？筆者在學生學習過牛頓運動定律后，開設了關(guān)于簡單連接體的公開課，現(xiàn)以其中的一個教學片段為例說明。

本節(jié)課在學生掌握物體加速度的求解方法后，學習兩個物體一起運動時加速度的求解方法。教師在課前準備了一個輕盒子，將其罩在兩個互相牽引的物體上，通過繩子拉動盒子運動，學生輕松完成了光滑和粗糙平面上加速度的求解，但好奇為什么盒子那么長？當教師拿開罩在上面的盒子時，學生明白了教師的用意。如何求解兩個一起運動的物體的加速度呢？這便是體現(xiàn)學生交流與合作能力的時候了，教師通過分組，給予充足的時間讓學生去摸索、思考，有小組很快將先前的單個物體的求解方法遷移過來，教師簡單地總結(jié)出整體法。教師應該給予學生充分的討論時間，促使他們在交流合作中建立自己的知識體系，循序漸進發(fā)展認知能力，提升關(guān)鍵能力。

3 激發(fā)自主學習意識，升華認知能力

物理認知能力不是在“告知”和“機械訓練”中培養(yǎng)出來的，而是在應用物理概念與規(guī)律，分析實際問題，進行預測、解釋、推論等活動的過程中逐漸養(yǎng)成的，課堂上培養(yǎng)學生的自主學習能力尤為關(guān)鍵，以習題教學片段為例。

例1：如圖1所示，煉鋼廠用滾筒來傳送軟鋼錠，軟鋼錠通過滾筒獲得一定初速度。質(zhì)量為M的軟鋼錠長為L，上表面光滑，下表面與平臺間接觸是粗糙的?，F(xiàn)以水平向右的初速度滑上平臺，全部滑上平臺時速度為v。此時，在其右端放一個質(zhì)量為m，相對平臺無初速度的滑塊(視為質(zhì)點)。隨后軟鋼錠滑過2L距離時速度為零，這時滑塊恰好到達平臺。重力加速度為g，空氣阻力不計。求滑塊獲得的最大加速度(不考慮與平臺的撞擊過程)。

圖1

解析：開始時由于滑塊與軟鋼錠間無摩擦，所以，滑塊相對平臺靜止，加速度為0；軟鋼錠在平臺上滑過距離L后，滑塊脫離軟鋼錠后做自由落體運動，加速度a=g。

以上試題考查的知識點和物理情景都較為基礎，但是學生的得分率較低。原因是學生習慣于處理滑塊與軟鋼錠之間有摩擦的問題，卻不能很好地處理沒有摩擦的情況，這充分說明學生不會根據(jù)物理情景的改變靈活變通。因此，在這題的講解過程中要多加注重學生自主思維的建立，提升他們的認知能力，做到以不變應萬變。

在本題教學中，需要讓學生做好以下工作：

(1) 分析滑塊在水平方向的受力情況，明了摩擦力的判斷依據(jù)，即摩擦力判斷的三要素：是否受到彈力、接粗面是否粗糙、是否存在相對運動或相對運動趨勢。本題中因為軟鋼錠上表面光滑，故滑塊在水平方向不受摩擦力；

(2) 為求得滑塊的加速度，需分析受力、求合力，當滑塊停留在軟鋼錠上時，所受合外力和加速度均為零，進而判定滑塊的運動性質(zhì)——相對地面靜止。

通過回顧、總結(jié)，讓學生體會到知識的積累不只浮于表面，要能夠把所學知識融會貫通。為了進一步提升學生的自主分析能力，在例1基礎上再引入2016年江蘇物理高考選擇題第9題。

例2：如圖2所示，一只貓在桌邊猛地將桌布從魚缸下拉出，魚缸最終沒有滑出桌面。若魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等，則在上述過程中( )。

圖2

A. 桌布對魚缸摩擦力的方向向左

B. 魚缸在桌布上的滑動時間和魚缸在桌面上的滑動時間相等

C. 若貓增大拉力，魚缸受到的摩擦力將增大

D. 若貓減小拉力，魚缸有可能滑出桌面

解析:桌布被貓向右拉出，魚缸相對于桌布向左運動，魚缸受到向右的摩擦力，A選項錯誤；由于魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)相同，故魚缸在桌面上和在桌布上受到的摩擦力大小相等，加速度大小相等，由v=at可知，它在桌布上的滑動時間和它在桌面上的滑動時間相等，B選項正確；魚缸受到的滑動摩擦力，其大小只與正壓力和動摩擦因數(shù)有關(guān)，與拉力無關(guān)，C選項錯誤；貓減小拉力時，其中一種情況是魚缸受到的摩擦力若沒有超過最大靜摩擦力，則會與桌布一起以相同的加速度運動，最終和桌布一起滑出桌面；另一種情況是仍然有相對滑動，但因為拉力減小，桌布在桌面上運動的加速度減小，則運動時間變長，因此魚缸加速時間變長，桌布抽出時的位移以及速度均變大，則有可能滑出桌面，D選項正確。

從中可以看出本題的分析關(guān)鍵點與例1本質(zhì)相同，學生可以將第一個問題的分析方法自主遷移至該高考題中，難度有所增加，可讓學生在思考選項錯誤原因、分析解題方法、深化解題技巧的過程中逐步提升認知能力。