初中物理教學(xué)中提升學(xué)生思維能力的實(shí)踐與思考

江德如

摘? ?要：初中物理教學(xué)中，常聽(tīng)學(xué)生抱怨“物理難”，究其根源，在于學(xué)生沒(méi)能跨越“物理現(xiàn)象”與“物理原理”之間的鴻溝，也就是“物理思維”。依據(jù)物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，從情境創(chuàng)設(shè)、物理建模、科學(xué)求證及質(zhì)疑創(chuàng)新等幾個(gè)方面，闡述在初中物理課堂教學(xué)中提升學(xué)生思維能力的實(shí)踐與思考。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);思維能力;物理建模;科學(xué)求證

引言

“物理難”的原因是多方面的，學(xué)生在課堂上看到的是直觀、形象的物理現(xiàn)象，而從“現(xiàn)象”到“原理”還需要“深思熟慮”，這便是“物理思維”。忽略了這一關(guān)鍵過(guò)程，物理的學(xué)習(xí)只能停留在表層，不可能達(dá)到對(duì)知識(shí)的理解，更談不上對(duì)知識(shí)的應(yīng)用。

“科學(xué)思維”是物理核心素養(yǎng)中的重要一環(huán)，它包含模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。在初中物理教學(xué)中，教師可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)有趣、有意義的情境，融入物理知識(shí)，激活思維;然后引導(dǎo)他們進(jìn)行物理模型建構(gòu)，顯化思維;再通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究等方法科學(xué)求證，啟發(fā)思維;得出物理規(guī)律后，用它來(lái)解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題，拓展思維。

1? 情境創(chuàng)設(shè)，激活思維

興趣是最好的老師，初中物理教師不可拘泥于傳統(tǒng)的說(shuō)教式教學(xué)模式，要充分體現(xiàn)學(xué)生在課堂的主體地位，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)探究和主動(dòng)參與，讓學(xué)生從被動(dòng)地學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，從而充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，初中學(xué)生的思維特點(diǎn)仍然以“具象”為主，教師在教學(xué)中要盡可能創(chuàng)設(shè)合適的物理情境，將物理知識(shí)和實(shí)際的情境模式充分聯(lián)系，以情境為載體，讓學(xué)生見(jiàn)“物”思“理”，提升學(xué)生理解物理知識(shí)的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。例如，在“科學(xué)探究：凸透鏡成像規(guī)律”一課中，利用課堂上為學(xué)生慶祝生日為背景，自制了的一個(gè)大型的LED蛋糕，設(shè)置了一個(gè)“送蛋糕”的情境，讓學(xué)生利用手中的凸透鏡和一個(gè)紙板承接蛋糕的像，體驗(yàn)“凸透鏡成像”。為什么和LED蛋糕距離不同的學(xué)生承接到的像大小不同？怎樣讓自己承接到的蛋糕的像更大一些？有沒(méi)有可能得到比實(shí)物更大的像？利用該真實(shí)情境貫穿整節(jié)課，帶著實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行探究，學(xué)生興趣是高漲的，學(xué)習(xí)任務(wù)是明確的，學(xué)習(xí)思維是活躍的。

2? 模型建構(gòu)，顯化思維

所謂模型建構(gòu)，就是以簡(jiǎn)化和直觀的形式來(lái)顯示復(fù)雜事物或過(guò)程的手段，是科學(xué)研究中常用的重要方法之一，它有助于學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)，有助于學(xué)生理解復(fù)雜的物理概念、物理規(guī)律及物理原理。簡(jiǎn)而言之，物理模型的建構(gòu)過(guò)程就是從“生活情境”到“物理問(wèn)題”的過(guò)渡，比如以上“科學(xué)探究：凸透鏡成像”課例中，從“學(xué)生接收蛋糕像”到“體會(huì)凸透鏡成像及像的變化”;“光的折射”一課中的“插魚(yú)”引課實(shí)驗(yàn)，從“插不到魚(yú)”到“光不沿直線傳播、光路發(fā)生偏折”等就是物理建模的過(guò)程。初中物理教學(xué)中，教師可以從以下幾個(gè)方面強(qiáng)化模型建構(gòu)的過(guò)程。

2.1? 在概念教學(xué)中，體驗(yàn)建模過(guò)程

物理概念是反映物理現(xiàn)象和過(guò)程的本質(zhì)屬性的思維，對(duì)許多初中學(xué)生而言，不會(huì)利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的根本原因，在于對(duì)物理概念的不理解或理解不透。形成物理概念是一個(gè)十分復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程，教師要充當(dāng)學(xué)生構(gòu)建物理概念的啟發(fā)者、引導(dǎo)者和促進(jìn)者的角色，使學(xué)生在構(gòu)建物理概念的過(guò)程中抓住概念的本質(zhì)，理解物理概念質(zhì)與量的關(guān)系，從中發(fā)展學(xué)生思維能力。以“科學(xué)探究：杠桿的平衡條件”一課中“力臂”概念的建構(gòu)為例，也許是考慮到探究的難度，初中物理教材中回避了“力臂”的概念，直接“空降”了“力臂”的定義，這樣做的弊端也是顯而易見(jiàn)的：忽略了學(xué)生對(duì)“力臂”概念的體驗(yàn)和思辨過(guò)程，造成學(xué)生對(duì)該概念理解上的“空化”，導(dǎo)致應(yīng)用上常常出錯(cuò)。學(xué)生一旦遇到較復(fù)雜情形，依然會(huì)用他們潛在的“前概念”來(lái)解決問(wèn)題，而且屢錯(cuò)屢犯，這里所說(shuō)的“前概念”是指，學(xué)生原來(lái)認(rèn)知上認(rèn)為影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的因素是“力的大小和支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離大小”。

為了突破這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，上課時(shí)做了這樣的處理：在黑板上懸掛一根能繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的輕質(zhì)杠桿（如圖1所示），在左端4格處掛兩個(gè)鉤碼，依次利用圖中1、2、3、4四個(gè)力使之平衡，觀察力的大小變化。在此過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生分析影響杠桿平衡的因素，學(xué)生會(huì)經(jīng)歷從“支點(diǎn)到作用點(diǎn)距離”到“支點(diǎn)到作用點(diǎn)的距離及力的方向”再到“支點(diǎn)到力的作用線的距離”的猜想與自我否定過(guò)程，不斷升華自己觀點(diǎn)，最終得到正確的結(jié)論。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中，要給予學(xué)生充足的時(shí)間和空間，引導(dǎo)其探索并進(jìn)行有效的思維加工，使學(xué)生始終處于對(duì)概念的積極建構(gòu)之中，從而實(shí)現(xiàn)概念引入、建立、深化各環(huán)節(jié)的“動(dòng)態(tài)演繹”，使學(xué)生知其然，更知其所以然。

2.2? 在規(guī)律教學(xué)中，滲透建模思想

物理規(guī)律教學(xué)是物理教學(xué)的核心組成部分，在物理規(guī)律的教學(xué)過(guò)程中，不僅要讓學(xué)生掌握規(guī)律本身，還要對(duì)規(guī)律的建立過(guò)程，研究問(wèn)題的科學(xué)方法進(jìn)行深入了解，更重要的是如何應(yīng)用規(guī)律來(lái)解決具體問(wèn)題。

在“光的反射定律”探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，先讓學(xué)生感知生活中的反射現(xiàn)象，然后演示直觀的如圖2所示的反射實(shí)驗(yàn)，結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象介紹入射光線、反射光線、入射點(diǎn)、反射面等概念，建立光的反射模型。然后畫(huà)出光路，建立圖像模型，為了辨別入射光線和反射光線的位置關(guān)系，引入法線這條輔助線，三條線又形成了兩個(gè)角，至此完成了從“情境”到“物理”的模型建構(gòu)過(guò)程。

接著，啟發(fā)學(xué)生思考“兩角的大小關(guān)系怎樣？”“三線的位置關(guān)系怎樣？”，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，來(lái)升華完善這個(gè)物理模型，讓靜態(tài)的模型“動(dòng)”起來(lái)。在得出“角”與“線”的關(guān)系后，再返回去對(duì)照之前建立的圖像模型，在原來(lái)的基礎(chǔ)上修正模型、完善模型，啟發(fā)學(xué)生的思維。

得到反射規(guī)律后，分別利用文字、圖像及公式三種方式描述光的反射定律，讓學(xué)生理解光的反射模型，再回歸到生活實(shí)際問(wèn)題中，應(yīng)用模型來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，拓展學(xué)生的思維。

2.3? 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，關(guān)注建模過(guò)程

引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題主動(dòng)參與物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)的目的。如此這般設(shè)計(jì)，提高實(shí)驗(yàn)操作的有效性及指向性，從而達(dá)到提升學(xué)生思維能力的效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。以“密度”一課為例，本課用“開(kāi)門(mén)七件事，你來(lái)試一試”來(lái)引課，讓學(xué)生辨別柴、米、油、鹽、醬、醋、茶后出示一塊運(yùn)動(dòng)會(huì)金牌，啟發(fā)學(xué)生思考“如何辨別它的真?zhèn)巍?。在學(xué)生討論之后，提出已知一塊質(zhì)量為100 g的真金，體積約為5 cm3，以此引導(dǎo)學(xué)生從在質(zhì)量和體積兩個(gè)物理量上做對(duì)比，由此得出“物體質(zhì)量與體積成正比”的猜想，以此為鋪墊，后面的整節(jié)課的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就很順利，而且實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊埠苊鞔_。對(duì)“為什么要物體質(zhì)量和體積？”“為什么去算質(zhì)量和體積的比值？”“為了結(jié)論更具普遍性，需要不同質(zhì)量和體積的物體，需要不同物質(zhì)構(gòu)成的物體”等問(wèn)題，學(xué)生心里很明朗，指向性很明確。

2.4? 在習(xí)題教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生建模

習(xí)題課也是初中物理教學(xué)中不可或缺的，在習(xí)題教學(xué)時(shí)，要多引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)經(jīng)歷從“真實(shí)情境”到“物理問(wèn)題”的建模過(guò)程。以一個(gè)熱學(xué)簡(jiǎn)答題為例：“一瓶飲料從冰箱中取出放一會(huì)兒，表面會(huì)變濕，如果馬上用干布擦，能擦干嗎？為什么？”此題題干描述的“真實(shí)情境”轉(zhuǎn)化成物理問(wèn)題就是“低溫物體放在室溫下，表面產(chǎn)生小水珠，低溫物體表面為什么有小水珠產(chǎn)生？”讓學(xué)生經(jīng)歷把真實(shí)問(wèn)題情境轉(zhuǎn)成物理問(wèn)題，然后在自己腦袋里匹配所學(xué)過(guò)的物理知識(shí)（液化），去檢驗(yàn)適用條件（遇冷）的過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決。

3? 實(shí)驗(yàn)探究，啟發(fā)思維

新課程標(biāo)準(zhǔn)提出，物理科學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，在義務(wù)教育階段應(yīng)讓學(xué)生通過(guò)觀察、操作、體驗(yàn)等方式，經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，逐步學(xué)習(xí)物理規(guī)律，構(gòu)建物理概念，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，逐步樹(shù)立科學(xué)的世界觀。

3.1? 重視過(guò)程性體驗(yàn)

沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的物理不是真正的物理，單純講實(shí)驗(yàn)的物理是不完善的物理，只有動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的物理才是豐滿(mǎn)的。物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，課程標(biāo)準(zhǔn)和物理核心素養(yǎng)當(dāng)中明確提到，要重視學(xué)生的過(guò)程性體驗(yàn)，開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)。多媒體只能把它當(dāng)作輔助教學(xué)手段，不能替代板書(shū)、實(shí)物、實(shí)驗(yàn)、操作、體驗(yàn)。我們應(yīng)該盡可能的為學(xué)生提供體驗(yàn)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在體驗(yàn)的過(guò)程中啟發(fā)思維。

3.2? 重視有效性探究

讓學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程是好事，但要講究探究的有效性，不要讓學(xué)生不明所以地假探究。盲目實(shí)驗(yàn)、按部就班、只會(huì)效果甚微。

在“大氣壓強(qiáng)”一課教學(xué)中，由于水銀有毒，不要求演示托里拆利實(shí)驗(yàn)，但為了讓學(xué)生明白托里拆利實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理，可以從“覆杯實(shí)驗(yàn)”出發(fā)，不斷加大水柱的高度，提出問(wèn)題：水為什么不落下？什么時(shí)候水會(huì)落下？如何增大水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)？已經(jīng)增不了高度了怎么辦？有沒(méi)有其它辦法增大液體壓強(qiáng)？影響液體壓強(qiáng)的因素有哪些？液體中密度最大的是什么？層層遞進(jìn)的追問(wèn)，在教師引導(dǎo)下激發(fā)學(xué)生思考，不僅讓學(xué)生了解了托里拆利實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理，而且還啟發(fā)了學(xué)生的思維，提高實(shí)驗(yàn)的有效性。

3.3? 重視創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新能有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，新教具、學(xué)具的使用也是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新氛圍，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力，提高科學(xué)素質(zhì)的有效途徑。自制教具和學(xué)具，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教具是提高實(shí)驗(yàn)探究有效性的有效手段。

3.4? 重視生成性資源

葉瀾教授曾說(shuō)過(guò)：課堂應(yīng)是向未知方向挺進(jìn)的旅程，隨時(shí)都有可能發(fā)現(xiàn)意外的通道和美麗的圖景，而不是一切都必須遵循固定線路而沒(méi)有激情的行程。課堂意外就是生成性資源的一種，每個(gè)教師都或多或少經(jīng)歷過(guò)。比如在上磁現(xiàn)象一課時(shí)，磁鐵摔斷是常事，可以因勢(shì)利導(dǎo)，提出問(wèn)題：斷了的磁鐵還有磁性嗎？每段有幾個(gè)磁極？原來(lái)中間部分沒(méi)有磁性，斷了之后依然沒(méi)有磁性嗎？借摔斷的磁鐵展開(kāi)一系列的啟發(fā)式探究，讓學(xué)生在思考中解決問(wèn)題，提升思維。教師要合理利用課堂生成性資源，尊重學(xué)生的質(zhì)疑，并引導(dǎo)啟發(fā)他們的思維。

4? 課外延伸，拓展思維

課堂的時(shí)間是非常有限的，有些動(dòng)手類(lèi)、實(shí)踐類(lèi)的小實(shí)驗(yàn)、小制作在課堂內(nèi)無(wú)法開(kāi)展，可以安排給學(xué)生在課后完成，讓他們?cè)谥谱髦袆?chuàng)新、操作中釋疑、生活中悟理、平臺(tái)中鞏固。

4.1? 讓學(xué)生在制作中創(chuàng)新

物理小制作是對(duì)理論知識(shí)的實(shí)踐與彌補(bǔ)。初中階段是形成創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力的關(guān)鍵時(shí)期，而小制作的過(guò)程，能提高學(xué)生的動(dòng)腦與動(dòng)手能力，讓思維得到拓展。筆者所在學(xué)校每年都停課一周舉辦科技文體活動(dòng)，物理小制作作品展就是其中一個(gè)傳統(tǒng)項(xiàng)目，教師先安排專(zhuān)題講座指導(dǎo)，活動(dòng)布置下去，學(xué)生參與熱情高，上交作品不管是從數(shù)量還是從質(zhì)量都會(huì)超乎教師的想象。事實(shí)證明，物理小制作能讓學(xué)生對(duì)物理課程的學(xué)習(xí)投入更多期待的情感，甚至是癡迷的情感，這會(huì)使其對(duì)物理知識(shí)的渴求更主動(dòng)，其創(chuàng)造的欲望更明顯，物理思維也會(huì)得到提升。

4.2? 讓學(xué)生在實(shí)踐中釋疑

學(xué)生在作業(yè)或課堂中的疑惑，鼓勵(lì)他們自己去實(shí)踐，在實(shí)踐中解開(kāi)謎團(tuán)，比如學(xué)生對(duì)凸透鏡成像規(guī)律中物、像關(guān)系的疑惑，在課后時(shí)間利用自己購(gòu)買(mǎi)的簡(jiǎn)易器材去操作探究，并拍成視頻與其他學(xué)生探討。另有一學(xué)生在學(xué)習(xí)完“質(zhì)量”一課后，對(duì)“質(zhì)量是物體本身的一種屬性，與狀態(tài)無(wú)關(guān)”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他將一瓶礦泉水冰凍前后的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，第一次做的時(shí)候發(fā)現(xiàn)冰凍后的質(zhì)量變大了，于是來(lái)找教師理論，之后在師生共同討論分析下發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在，原來(lái)是瓶子外壁上的小水珠在作祟，建議用一干布包裹后放入冰箱，最后解決了問(wèn)題。在這一系列實(shí)踐、操作、體驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生的思維必能得到提升。

4.3? 讓學(xué)生在生活中感悟

改革單一的書(shū)面作業(yè)形式，讓學(xué)生感受生活大物理，引導(dǎo)他關(guān)注自然、社會(huì)、技術(shù)，在觀察和實(shí)踐中重新領(lǐng)悟物理原理。比如讓學(xué)生從家里的水表、煤氣表、電能表等入手，思考水費(fèi)、煤氣費(fèi)及電費(fèi)的計(jì)算，測(cè)算家用電器的功率等家庭作業(yè)，體驗(yàn)物理知識(shí)的廣泛應(yīng)用，也體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”課程理念。在當(dāng)下“雙減”政策的大背景下，此類(lèi)作業(yè)形式可以大力推廣。

5? 結(jié)語(yǔ)

初中物理教學(xué)工作，要充分應(yīng)用科學(xué)的措施手段，發(fā)揮出良好的學(xué)生思維能力提升作用，積極地做好思維層面的培養(yǎng)工作，實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果提升。