注重物理過程建立提升學生思維能力

戴苾芬

(江蘇省中小學教學研究室 江蘇 南京 210013)

隨著新課程改革的不斷深入，課堂教學由簡單的知識傳授轉變為重視物理過程與方法，突出科學探究，提升思維品質.然而目前物理教學中仍有部分教師只重視結果，輕過程，對概念、規律形成的過程一帶而過，不注重學生思維能力的培養，習慣把大量的時間用于訓練習題.學生應付常規題尚可，一旦遇到新的情景或條件略有變化，就無從下手.究其原因是沒有培養良好的物理思維方式，學生對物理過程和背景不清晰，無法正確建立新的物理模型及新的物理過程，不會用已有知識進行知識的正遷移.

1 讓學生經歷概念的建立過程培養概括性思維能力

物理概念反映物理現象和過程本質屬性，是物理事實的抽象.它是在大量的觀察、實驗基礎上，運用邏輯思維的方法，把一些事物本質的共同特征集中起來加以概括而形成的.在概念教學時，不僅讓學生會運用概念分析、解釋物理現象和解決物理問題，而且應該讓學生經歷概念的建立過程.例如“自由落體運動”的概念教學中，物體下落是一種常見的運動，學生已有的生活經驗是重的物體下落的快，這樣錯誤的前科學概念怎樣消除呢？可以讓學生動手做3 個實驗.

(1)大小相同的紙片與鐵片從同一高度自由下落，鐵片下落的快.

(2)把上述紙片握成團與鐵片從同一高度自由下落，發現輕的紙團下落的快.

(3)把完全相同的兩紙片，一個握成團與另一紙片從同一高度自由下落.紙團下落的快.

讓學生由這3個實驗分析出物體下落快慢與其輕重無關.進一步追問為何展開的紙片總是下落的慢？引發對空氣阻力的討論，再演示牛頓管實驗.有條件的學?？刹シ耪n前錄制好的視頻.從教學樓上同時釋放兩個質量不同的鉛球，觀察其下落的快慢，可以放慢鏡頭，并清楚地看到下落快慢基本相同.

最后進行邏輯推理，思考如果兩個輕重不同的物體同時下落，設想重物體下落的速度大于輕物體下落的速度，現把他們捆在一起，速度會怎么變化呢？速度小的物體一定會拖速度大的物體，使其整體速度小于原來重物體的速度.而其整體重量加大，按理應該下落速度也加大，應大于原重物體的速度，顯然實際情況與推理結論是有矛盾的.這樣先由實驗現象來直觀地提出疑問和猜測，再進行實驗驗證及邏輯推理，凸顯概念過程的建立，培養了學生對感性材料進行思維加工，進而抽象概括出事物的本質屬性的能力.

2 重視物理規律的建立過程培養科學探究能力

物理規律是物理基礎知識中最重要的內容，是物理理論的基礎；它與相關的物理概念一起構成邏輯上和諧的知識結構體系.物理規律的教學，也是開發學生智力，培養學生能力重要途徑之一.

2.1 感受物理規律的發現過程培養學生的科學素養

在物理規律教學中，應讓學生了解這個規律簡要的歷史過程，知道這個規律在物理學中的作用和地位，了解前人為得出這個規律所付出的心血，對提高學生的科學素養起到潛移默化的作用.例如，學習電磁感應現象，讓學生查資料，知道自1821年奧斯特發現了“電生磁”現象后，許多科學家幾乎同時在尋找“磁生電”的途徑.包括安培、科拉頓、亨利、法拉第在內的許多著名科學家都做了艱苦的探索，但大多數人都與“磁生電”現象失之交臂.直至1831年法拉第發現了電磁感應現象.讓學生體會法拉第經過近10年的試驗終于取得了突破性的進展，體會發現電磁感應現象是何等的艱辛，用科學家不畏艱難的進取精神、科學態度，來激發學生學習的斗志.

2.2 讓學生主動建構物理規律培養自主探究的素養

在物理規律教學中，教師應為學生創設便于發現問題、探索規律的物理情境.但對于問題的提出、猜想與假設，以及探索規律的方案，應由學生自己完成，教師只給予適當引導，而不是直接給出結論.仍以學習自由落體運動為例，在探討其遵循什么規律時，讓學生自己提出方案來探究其遵循的規律.學生可能提出四種方案，一是利用頻閃照片研究自由落體的運動規律；二是利用打點計時器的紙帶研究自由落體的運動規律；三是利用光電計時器研究自由落體的運動規律；四是利用朗威數字化信息系統實驗室(DISLab)研究自由落體的運動規律.學生無論以哪種方法探究，對培養其設計方案、分析數據、得出結論的能力都有提高，對學生物理思維能力的培養起到事半功倍的作用.

3 探索物理實驗的設計過程掌握科學思維方法

實驗教學是物理教學的有機組成部分，任何一條物理規律的建立，都包含許多科學的研究方法和推理思維方式.在實驗教學中不能僅重結論，要通過再現實驗設計、操作過程來滲透物理思想，啟發學生思路，培養概括、分析、推理能力.例如，《選修3-5》中驗證動量守恒定律的實驗，實驗設計是利用“等高平拋”的等時性，把無法直接測量的物理量(速度)轉化為可直接測量的物理量(位移)，蘊含了等效轉化的思維方法.再如，用音叉演示聲音是怎么產生的？為了讓學生看清音叉振動現象，常用繩系兵乓球靠近音叉，觀察球的擺動，說明音叉在振動；同樣伽利略研究自由落體運動時，由于自由下落的時間太短，當時用實驗直接驗證自由落體是勻加速運動有困難，就采用“斜面實驗”通過“沖淡重力”的方法“放大”時間.這兩個實驗都巧妙運用了轉化放大的思維方法.又如對一些微小量，不易直接測量或直接測量誤差太大，又沒有更精密的儀器時，常測若干個微小量或測若干次微小量，然后較準確的計算出待測量.用油膜法測分子直徑，就是把不能觀察到的微觀分子通過其自身的累積成為可觀測的宏觀油滴的體積和油膜面積的測量；在研究單擺振動的周期時，用秒表測一次全振動讀數誤差大，可測連續30次全振動的總時間，算出周期的準確度就提高了很多，這些都運用了累積的思維方法.除此之外，還有控制變量法、替代法、補償法，外推法等.在實驗教學中不僅要注重學生實驗操作技能的提高，更要重視實驗方法的指導和深化，有意識地讓學生體會物理實驗的思想方法，培養良好的思維品質.

4 細化解題的物理過程提高分析解決問題的思維能力

學生在學習物理概念和規律時往往困難不太大，而運用物理規律解題時卻常常不會分析或遺漏部分物理過程.

圖1

分析：許多學生解題時認為小球從拋出點到最低點，由于電場力做功，機械能不守恒，但可以直接運用動能定理求出最低點的速度，再利用向心力公式求出拉力.這樣求出的拉力比實際要大，錯在哪呢？關鍵是對物理過程分析不全，不清晰，沒有細化物理過程.其實小球的運動過程可分為三個階段：第一個過程是繩處于松弛階段，小球在重力和電場力的作用下做類平拋運動；第二個過程是繩拉直的瞬間，由于繩不可伸長，沿繩方向的速度減小為零，只有垂直繩方向的速度v⊥；第三個過程，小球以O點為圓心做圓周運動.

由以上分析可知，學生的錯誤是遺漏了繩拉直瞬間，球的動能損失了一部分，導致最低點的速度減小，對應繩的拉力也減小.

解析：解題關鍵是求出繩拉直時，小球所在的位置.由牛頓第二定律得

mg+qE=ma

由平拋規律得

繩拉直瞬間，則有

x2+(1-y)2=L2

由以上四式，求出y=1 m，x=2 m,即繩拉直瞬間在水平方向，如圖2所示.繩繃直時，v0減小為零，僅有垂直繩方向的速度v⊥.根據動能定理

得出最低點的速度，利用

對應求出的實際拉力大小.

圖2

綜上所述，正確建立物理過程是解決問題的關鍵.怎樣才能讓學生重視并能正確建立物理過程呢？教師在教學中應有意識讓學生感受科學探索的過程，體驗科學家的思維與行為方式，建立起自己的科學思維能力，把知識運用到思維和推理活動中，學會用科學思維的方法去獲取新知識，讓學生的思維能力在學習解決物理問題的過程中逐步提升.

參考文獻

1 李新鄉,張德啟,張軍朋,王守江.物理教學論.北京：科學出版社，2005

2 宋峰，李川勇，王慧田.物理教學中讓學生感知科學探索過程，提高認知水平，培養物理思維能力.大學物理，2009(9)