淺談高中物理教學(xué)中如何提高學(xué)生的抽象思維能力

【摘要】文章以培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)階思維品質(zhì)、促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度物理學(xué)習(xí)為出發(fā)點(diǎn)，探討了核心素養(yǎng)視域下的高中物理教學(xué)策略，提出完善教學(xué)問(wèn)題設(shè)置、滲透物理思想方法、引進(jìn)小組合作模式等定向培養(yǎng)與提高學(xué)生抽象思維能力的方法，意在通過(guò)對(duì)常規(guī)化、模式化高中物理教學(xué)形式的革新與完善，更好地突出物理學(xué)科的育人價(jià)值與作用，為當(dāng)代高中生全面發(fā)展與終身發(fā)展助力。

【關(guān)鍵詞】高中物理；物理教學(xué)；抽象思維能力

作者簡(jiǎn)介：王建國(guó)（1968—），男，甘肅省隴南市禮縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)。

物理學(xué)是一門(mén)以研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用及運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科，其不僅與數(shù)學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科之間有著極為密切的聯(lián)系，同時(shí)也在推動(dòng)人類(lèi)生產(chǎn)生活方式變革、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步與科技發(fā)展上作出了巨大貢獻(xiàn)。物理是高中課程的重要組成部分。但就目前的高中物理課程教學(xué)實(shí)踐情況來(lái)看，普遍存在學(xué)生抽象思維較弱的問(wèn)題，影響了育人目標(biāo)的落實(shí)。因此，在高中物理課程教學(xué)中，教師應(yīng)采取行之有效的策略對(duì)高中生的抽象思維能力進(jìn)行定向培養(yǎng)。

一、完善教學(xué)問(wèn)題設(shè)置，促進(jìn)學(xué)生有效思考

問(wèn)題是引發(fā)學(xué)生思維活動(dòng)的關(guān)鍵抓手［1］。在核心素養(yǎng)視域下的高中物理教學(xué)中，為了更好地發(fā)揮與凸顯出提問(wèn)對(duì)學(xué)生思維能力進(jìn)階、學(xué)習(xí)效率提升的促進(jìn)作用，高中物理教師要重視對(duì)教學(xué)問(wèn)題的精心設(shè)置，通過(guò)向?qū)W生提出精準(zhǔn)導(dǎo)向重難點(diǎn)掌握、關(guān)鍵點(diǎn)突破的核心問(wèn)題，激活學(xué)生的思維，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用抽象思維進(jìn)行主動(dòng)思考、積極思考，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)深度物理學(xué)習(xí)。

例如，在人教版高中物理必修第一冊(cè)“質(zhì)點(diǎn) 參考系”一課的教學(xué)中，在引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)“物體與質(zhì)點(diǎn)”這一重要物理概念時(shí)，高中物理教師可通過(guò)優(yōu)化教學(xué)問(wèn)題設(shè)置的方式促進(jìn)學(xué)生的有效思考，鍛煉學(xué)生的抽象思維能力。

首先，教師可以利用多媒體設(shè)備為學(xué)生呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中一些常見(jiàn)的物體運(yùn)動(dòng)情形，如天空中翱翔的雄鷹、操場(chǎng)上揮灑汗水的足球隊(duì)員、游樂(lè)場(chǎng)中玩耍的兒童、馬路上行駛的汽車(chē)、籃球場(chǎng)上處于不斷運(yùn)動(dòng)過(guò)程之中的籃球，以此來(lái)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生活化的物理教學(xué)情境，在拉近學(xué)生與物理課程之間的距離的同時(shí)，將學(xué)生的注意力牢牢鎖定在物理課堂之中。接著，教師可從上述物體運(yùn)動(dòng)情形中提煉出核心教學(xué)問(wèn)題：“如何準(zhǔn)確描述雄鷹、足球隊(duì)員、兒童、汽車(chē)與籃球等物體的運(yùn)動(dòng)情況？”驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)聯(lián)系生活實(shí)際與物理知識(shí)展開(kāi)思考與探討，進(jìn)而得出“物體有大有小，且形狀不一，無(wú)法全面而又精準(zhǔn)地描述出物體的運(yùn)動(dòng)情況”這一結(jié)論。教師可立足學(xué)生這一結(jié)論，以問(wèn)題“如果忽略物體的大小與形狀，將其看為一個(gè)點(diǎn)是否能夠描述出它的運(yùn)動(dòng)情況？”完成本課課題的揭示，促進(jìn)學(xué)生展開(kāi)物理抽象思考。

其次，教師可以組織學(xué)生應(yīng)用數(shù)形結(jié)合的思想方法將上述運(yùn)動(dòng)情形中的物體抽象為一個(gè)點(diǎn)，并結(jié)合圖形描述與表達(dá)物體的不同運(yùn)動(dòng)情況。如，將翱翔于天空中的雄鷹視為一個(gè)點(diǎn)，可忽視雄鷹翅膀的運(yùn)動(dòng)情況，僅描述雄鷹從哪一位置移動(dòng)到哪一位置上；將馬路上行駛的汽車(chē)看為一個(gè)點(diǎn)，可利用路程、時(shí)間和速度的表達(dá)式 s= vt，描述出汽車(chē)的行駛速度與距離；將籃球視為一個(gè)點(diǎn)，可忽略籃球的自轉(zhuǎn)，僅描述籃球的位置變化。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生能夠充分感知到在物理問(wèn)題研究中，可以忽視問(wèn)題次要因素，突出問(wèn)題主要因素，以及建立理想化物理模型的重要作用與現(xiàn)實(shí)意義，其學(xué)習(xí)潛能與發(fā)散思維也會(huì)得到相應(yīng)的激活［2］。在此基礎(chǔ)上，教師可以提出引導(dǎo)性問(wèn)題：“這種物理建模方法在研究物體運(yùn)動(dòng)情況上存在哪些不足？在什么情況下可以將處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的物體看為一個(gè)點(diǎn)？什么情況下不能？為什么？”轉(zhuǎn)換學(xué)生的問(wèn)題思考方向，促進(jìn)學(xué)生的逆向思考。

最后，教師可以對(duì)之前所提出的核心問(wèn)題進(jìn)行變形，如“研究翱翔于天空之上的雄鷹的翅膀運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，可以將雄鷹翅膀看作一個(gè)點(diǎn)嗎？研究行駛于路面之上的汽車(chē)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí)，可以將車(chē)輪看作一個(gè)點(diǎn)嗎？”引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“質(zhì)點(diǎn)”這一基本物理概念展開(kāi)更為多元與發(fā)散的思考，使其通過(guò)物理建模與物理抽象精準(zhǔn)把握“一個(gè)物體能否被看作是質(zhì)點(diǎn)，主要是由所需研究的問(wèn)題決定的”這一知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而在后續(xù)的物理學(xué)習(xí)與物理質(zhì)點(diǎn)問(wèn)題解決過(guò)程中學(xué)會(huì)結(jié)合具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析，規(guī)避學(xué)習(xí)障礙與認(rèn)知誤區(qū)。

“質(zhì)點(diǎn) 參考系”是高中物理課程的第一課，對(duì)高中生學(xué)習(xí)物理學(xué)科知識(shí)、解決物理問(wèn)題起到舉足輕重的作用。在本課中，“了解在什么情況下可以將物體看作質(zhì)點(diǎn)”是高中生所需把握的關(guān)鍵內(nèi)容，同時(shí)也是學(xué)生在研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過(guò)程中極易出現(xiàn)障礙的難點(diǎn)。在應(yīng)用問(wèn)題導(dǎo)學(xué)法引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)本課時(shí)，教師應(yīng)從學(xué)生的日常生活中抽象出物理質(zhì)點(diǎn)問(wèn)題，并基于實(shí)際讓學(xué)生以物理建模的方式對(duì)不同情況下物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、形態(tài)進(jìn)行分析探討。這樣做不僅能夠讓學(xué)生更為精準(zhǔn)地把握質(zhì)點(diǎn)的概念與確定質(zhì)點(diǎn)的方式方法，還能讓學(xué)生在基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型時(shí)，鍛煉、提升自身的物理抽象思維與質(zhì)疑論證思維，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)思維品質(zhì)與學(xué)習(xí)品質(zhì)的進(jìn)階。

二、滲透物理思想方法，轉(zhuǎn)變學(xué)生思維方式

物理思想方法是物理學(xué)科實(shí)質(zhì)內(nèi)涵的集中體現(xiàn)［3］。在以提高學(xué)生抽象思維能力為主要育人目標(biāo)的高中物理教學(xué)中，向?qū)W生積極滲透物理思想方法，有利于學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)規(guī)律的把握與學(xué)生物理學(xué)習(xí)質(zhì)量的提升。基于這一認(rèn)識(shí)，教師在引領(lǐng)學(xué)生展開(kāi)物理學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，可以因勢(shì)利導(dǎo)地將“控制變量”“等效替代”“轉(zhuǎn)換放大”“實(shí)驗(yàn)推理”“理想模型”等重要思想方法融入其中，讓學(xué)生更為精準(zhǔn)地把握學(xué)習(xí)物理知識(shí)、解決物理問(wèn)題的技巧方法，并在舉一反三與靈活運(yùn)用物理思想方法的過(guò)程中改善思維定式問(wèn)題，逐步提升物理抽象思維能力。

例如，在人教版高中物理必修第一冊(cè)“力的合成與分解”一課的教學(xué)中，教師可以向?qū)W生滲透物理思想方法，在開(kāi)闊與豐富學(xué)生物理解題思路的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)化與抽象思維能力的提升。

【例題】已知，有一個(gè)物體在受到一個(gè)大小為32N，方向水平向右的力的同時(shí)，還受到一個(gè)大小為44N，方向豎直向上的力，試求這一物體所受兩個(gè)力的合力的大小與方向。

【問(wèn)題解析】這是一道典型的力的合成問(wèn)題，可運(yùn)用平行四邊形法則根據(jù)題意建構(gòu)物理模型。由于該例題的文字描述內(nèi)容相對(duì)較多，缺乏圖形的輔助作用，這就使得部分高中生在解決這一物理力學(xué)問(wèn)題時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)解題方向模糊不清、解題思路混亂的問(wèn)題?；诖耍處熆梢韵?qū)W生滲透理想模型法與實(shí)驗(yàn)推理法，讓學(xué)生在物理思想方法的輔助與加持下更為準(zhǔn)確地把握解題的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)高效解題［4］。

【解法一】運(yùn)用理想模型法解題

理想模型法，是一種運(yùn)用理想化的思維方式將復(fù)雜抽象的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，通過(guò)建構(gòu)簡(jiǎn)單易懂、直白形象的物理模型的方式突出問(wèn)題主要因素、忽略問(wèn)題次要因素的物理思想方法。在引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用這一物理思想方法解決本課例題時(shí)，教師可鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)題意繪制對(duì)應(yīng)的物理圖形，完成物理建模與抽象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效解題。

比如，以問(wèn)題中的物體為原點(diǎn)建立點(diǎn)O，根據(jù)題意可知，物體同時(shí)受到水平向右方向與豎直向上方向兩個(gè)力的作用，那么便有OA為物體所受豎直向上的力，OB為物體所受水平向右的力，OC為兩個(gè)的力的合力（見(jiàn)圖1）。

設(shè)OA為F1、OB為F2、OC為F，根據(jù)平行四邊形法則與勾股定理 a2 + b2 = c2，便有F = OC = OA2+ OB2 =F12 + F22，又因?yàn)?F1 =44N，F(xiàn)2 =32N，所以F = 442+322=54.4N，解直角三角形可得∠COB=54°，所以該物體所受兩個(gè)力的合力大小是54.4N，方向與水平向右的力的夾角為54°。

【解法二】運(yùn)用實(shí)驗(yàn)推理法解題

實(shí)驗(yàn)推理法是一種以物理實(shí)驗(yàn)為核心載體的物理思想方法，在解決一些抽象復(fù)雜的物理問(wèn)題、分析探究一些無(wú)法直接驗(yàn)證的物理現(xiàn)象的過(guò)程中，可借助形象的物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最后再由實(shí)驗(yàn)結(jié)論類(lèi)比推理問(wèn)題的結(jié)果或現(xiàn)象的本質(zhì)。在引領(lǐng)學(xué)生應(yīng)用實(shí)驗(yàn)推理法解決本課例題時(shí)，教師可基于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)水平與能力的把握，將學(xué)生劃分為若干個(gè)能力均衡、水平相近的學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生將求解問(wèn)題變式為實(shí)驗(yàn)探究目的，合作展開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，并設(shè)計(jì)物理探究實(shí)驗(yàn)方案（見(jiàn)表1）。

在這一過(guò)程中，學(xué)生不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜抽象物理問(wèn)題的有效解決，還能提升自身的合作學(xué)習(xí)能力與抽象思維能力，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的育人目標(biāo)自然也能順利落地和實(shí)現(xiàn)。

三、引進(jìn)小組合作模式，培養(yǎng)學(xué)生思維張力

溝通與交流是引發(fā)學(xué)生思維碰撞的有效方式［5］。在核心素養(yǎng)視域下的高中物理教學(xué)中，教師可基于對(duì)學(xué)生思維發(fā)展特點(diǎn)的把握，將小組合作學(xué)習(xí)模式引入學(xué)生的物理學(xué)習(xí)過(guò)程之中，讓學(xué)生在合作探究中通過(guò)共享思維、交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的方式獲得更為豐富的物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使其得到抽象思維能力的發(fā)展。

例如，在人教版高中物理必修第二冊(cè)“拋體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”這一課的教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生以小組合作的形式探討“平拋運(yùn)動(dòng)的速度”這一核心知識(shí)點(diǎn)。首先，教師可為學(xué)生布置“結(jié)合‘探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)’物理實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，以思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)出在平拋運(yùn)動(dòng)中物體的速度和位移隨時(shí)間的變化關(guān)系”這一前置性學(xué)習(xí)任務(wù)，并在學(xué)生自主完成這一任務(wù)后，從思維導(dǎo)圖制作的全面性與平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)梳理的準(zhǔn)確度兩個(gè)層面對(duì)學(xué)生進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，將其劃分為A、B、C三個(gè)層次，并以A∶B∶C=1∶2∶1的結(jié)構(gòu)組建合作學(xué)習(xí)小組。其次，教師可以提出問(wèn)題：“在研究直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，是怎樣得到物體速度與時(shí)間的關(guān)系的？平拋運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)有何差異？研究平拋運(yùn)動(dòng)中物體速度與時(shí)間的關(guān)系可以從哪些方向入手？”激活學(xué)生的思維，驅(qū)動(dòng)學(xué)生展開(kāi)小組探討與交流，使其在觀點(diǎn)與想法的碰撞中得到思維張力的培養(yǎng)，達(dá)成共識(shí)，即“可遵循研究直線運(yùn)動(dòng)的思路，從平拋運(yùn)動(dòng)相互垂直的兩個(gè)方向上分別研究物體速度與時(shí)間的關(guān)系”。最后，在各個(gè)學(xué)習(xí)小組通過(guò)建構(gòu)理想物理模型、科學(xué)控制物理問(wèn)題變量、合理應(yīng)用物理思想方法完成對(duì)“平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的探究分析后，教師可以讓各個(gè)學(xué)習(xí)小組的代表上臺(tái)闡述本組合作學(xué)習(xí)的過(guò)程與結(jié)論。教師還可將教學(xué)評(píng)價(jià)滲透與融入學(xué)生的學(xué)習(xí)成果展示過(guò)程之中，讓學(xué)生通過(guò)自評(píng)、互評(píng)等多種評(píng)價(jià)方式自主展開(kāi)對(duì)物理學(xué)習(xí)過(guò)程的反思質(zhì)疑與審視批判，進(jìn)而使其在自我批判與反思中形成敢于批判、善于質(zhì)疑的良好思維習(xí)慣。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，在核心素養(yǎng)視域下的高中物理教學(xué)中培養(yǎng)、提高學(xué)生的抽象思維能力，不僅是提升高中生物理學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率的有效方法，同時(shí)也是落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)育人目標(biāo)的可行路徑。因此，高中物理教師要重視學(xué)生抽象思維能力的培養(yǎng)，緊密結(jié)合高中生的思維發(fā)展特點(diǎn)去優(yōu)化、完善物理課程教學(xué)形式，通過(guò)設(shè)置有效教學(xué)問(wèn)題、滲透物理思想方法、引進(jìn)小組合作模式的方式驅(qū)動(dòng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，以此來(lái)讓學(xué)生更為精準(zhǔn)地把握物理學(xué)科的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵，得到思維品質(zhì)的穩(wěn)步進(jìn)階與物理學(xué)習(xí)水平的逐步提升。

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