借助學科思想方法 實現“教人以漁”

劉文慧

我國有句古話：授人以魚，只供一飯之需，教人以漁，則終生受用。這是我國古代先哲對于教育的認識。著名的現代教育家陶行知先生說過，我以為好的先生不是教書，乃是教學生學。德國教育家第斯多惠曾說過，一個壞的教師奉送真理，一個好的教師則教人發現真理。古今中外的教育家都在倡導教學工作的目的應該是教會學生學習，發展學生的智力，為學生的可持續發展奠定基礎。

具體到物理學科的教學工作，課程標準也明確了高中物理教學的目標，即全面提高學生的科學素養。

物理的學習對于學生來說是一種思維方式的訓練。物理學在長期的發展過程中，形成了一整套研究問題和解決問題的科學方法，這些方法不僅對物理學的發展起了很重要的作用，而且對其他學科的發展產生了一定的影響，它是辯證唯物主義哲學的重要基礎，深刻影響著人們的思想、觀點和思維方式。教師在傳授物理知識的同時更重要的是要傳播一種科學的思維方式，它對塑造學生的思想有著很重要的意義，對學生終身學習和發展都會有深遠的影響。

在高中物理的教學中，重要的思想方法有很多，例如，極限思想、類比思想、建模思想、宏觀與微觀、數學方法的應用，等等。可以從常態教學與選修課兩個方面進行滲透，將這些思想方法有效地傳授給學生。

常規教學中的學科思想方法教學

教師在進行教學設計時要關注兩條線索，一條明線——知識的脈絡;一條暗線——思想方法的脈絡。教師要對中學階段物理學涉及的思想方法有系統性的認識，要有針對思想方法的教學計劃。教師要認真地思考和計劃，讓學生在學習物理知識的同時，對相應的學科思想方法逐漸由認識到理解，再到能夠應用。

1.極限思想

極限的思想是近代數學的一種重要思想，它揭示了變量與常量、無限與有限的對立統一關系，是唯物辯證法的對立統一規律在數學領域中的應用。借助極限思想，人們可以從有限認識無限，從“不變”認識“變”，從直線形認識曲線形，從量變認識質變，從近似認識精確。

學生在高中第一次認識極限思想是在學習變速直線運動的瞬時速度時。由于速度是變量，用V=無法解決。為此，牛頓先將一小段時間Δt內的變速運動看作是勻速運動，用路程Δx與時間Δt之比Δx/Δt表示運動物體的平均速度，讓Δt無限趨近于零，得到物體的瞬時速度。這就是借助于極限的思想方法，從“不變”來認識“變”的。

這一次教學結束后，學生對極限思想似懂非懂，即使聽明白了，也不知道“讓Δt無限趨近于零”如何操作。

第二次理解的機會是研究勻變速直線運動的位移。研究方法是將勻變速直線運動的v-t圖像按相等的時間間隔分割開來，將每一個Δt內的變速運動近似看作直線運動，當Δt無限趨近于零，無數個矩形面積之和逐漸接近于v-t圖線與時間軸圍成的梯形面積。

在這一次學習過程中，學生體會了用幾何的方法做到“讓Δt無限趨近于零”之后的運算過程。

接下來的實踐機會是探究彈性勢能表達式的過程中彈簧彈力做功的計算。當學生畫出來彈力隨位移變化的圖像后，不少人都意識到眼前的問題與研究勻變速直線運動的位移是非常相似的，利用求面積的方法計算出彈力做的功。

在這兩個數學形式非常相似的情境之后，是一個比較抽象的實踐機會——理論推導動能定理。

教學過程中，當完成了第一環節恒力作用過程的分析之后，引導學生思考目前結論的適用范圍，變力作用下的直線運動是否適用？如果是曲線運動呢？有了前面學習過程中的訓練，很多學生都能想到利用無限分割的方法，將復雜的研究過程分割為無數個可以看作恒力作用的直線運動過程，經過標量累計之后會得到相同的結論。

另一次完全不同的經歷是在電學學習中有關電容器的教學。教學中可以用電流傳感器采集電容器的充電電流，對比幾幅充電過程的i-t圖像，學生能夠從中比較出電容器容納電荷量的多少。這是應用極限思想解決不規則圖像的實踐。

2.類比思想

類比是指在新事物同已知事物間具有類似的方面作比較。類比法是人們所熟知的幾種邏輯推理中，最富有創造性的。科學史上很多重大發現、發明，往往發端于類比，類比被譽為科學活動中“偉大的引路人”。

盡管類比不能替代論證，但可以為理解新知識、概念和規律提供依托，是一種從特殊到特殊的科學方法，類比法在物理學中有著廣泛的應用。

在物理學的發展過程中，科學家在不斷地將未知事物與已知事物進行類比，從而獲取對新事物的認識。在對光的本性的認識過程中，牛頓觀察到光的反射現象與彈性小球撞到硬壁被反射回來的現象相似，提出了微粒說;惠更斯研究發現，光從一種介質傳到另一種介質中發生折射的現象與水波由深水區傳到淺水區發生折射的現象相似，提出了波動說……

對于高中階段的學生，教師可以指導他們將相似的概念、規律進行比較，比如，學習電勢能時可以用重力勢能作為鋪墊，學習動量定理時可以用動能定理幫助理解，在這樣的比較過程中就可以達到用熟悉的知識幫助理解陌生的知識，用形象的知識幫助理解抽象的知識的目的，減小學生對知識記憶的壓力，同時讓學生去體會自然規律的統一、和諧和簡單之美。

選修課中的學科思想方法教學

除了課堂教學之外，可以利用選修課，打破章節的限制，將同一思想方法在不同領域的應用集中在一起，淋漓盡致地展現學科思想方法在物理學發展和研究中的重要推動作用。

1.物理問題中的數學知識

數學是表達物理學的語言。然而，我們的學生習慣將學科間畫出嚴格的界限。因此，我在課程中設計了幾個有關物理問題中的數學知識的專題，包括幾何知識、圖像法、函數、歸納法。

在幾何知識應用于物理學的這個專題中，最為經典的當屬古希臘先賢利用幾何學推算太陽大小的案例。在這個案例中，學生感受到幾個簡單線條組成的圖形中所蘊藏的大智慧、大奧秘，體會到幾何知識對于物理研究的推動作用。

具體到幾何知識在高中物理中的應用，通過學生熟悉的力學、電磁學和光學的經典案例，共點力平衡問題、帶電粒子在磁場中圓周運動問題以及幾何光學的問題的分析，讓他們體會物理學中的幾何規律。

例如，共點力平衡問題中，合力與分力的關系可以用平行四邊形或三角形表現，利用圖形形狀的變化可以判斷力的大小和方向的變化，特殊情況下還可能用到勾股定理、三角函數，甚至是相似三角形的相關規律，數學形式可謂豐富多變。

2.物理現象中的宏觀與微觀

對于同一物理問題，常常可以從宏觀與微觀兩個不同角度進行研究，找出其內在聯系，從微觀角度對宏觀現象做出解釋，從而更加深刻地理解其物理本質。

高中物理中可以從這樣兩個角度進行審視的問題還真不少，例如分子動理論的建立過程，電流的微觀解釋，磁現象的電本質，動生電動勢的產生原理，等等。選修課上將這些案例集中展示，讓學生體會到從微觀的視角去探尋宏觀現象的本質是自然科學研究的必然方向，它不僅僅適用于物理學，同樣適用于化學和生物學。

例如，對電磁感應現象中動生電動勢的產生原理的分析，宏觀角度是法拉第電磁感應定律的應用，微觀角度有兩個不同的方法。一是從洛倫茲力作為非靜電力搬運電荷用電動勢的定義進行推理，二是由部分導體在磁場做切割磁感線運動導致電荷重新分布形成電場，最終自由電荷在電場和磁場中達到動態平衡進行分析。這兩個微觀視角的研究更加本質地闡明了動生電動勢產生的原因。

物理課程的教育目標不僅僅是傳授物理知識、講授物理規律，而是要在傳授知識的同時完成更為豐富的學生培養任務，如提升學生探索興趣及能力，培養良好的思維習慣與創新意識，樹立正確的科學觀。作為教師，我很清楚，物理知識只是載體，努力挖掘知識背后的思想方法、人文科學，才能帶著學生去認識更為豐富的世界，促進學生的自我完善和提升，為學生的可持續發展奠定基礎。

在快餐文化充斥的今天，求學路上的學生也變得極其沒有耐心，他們迫不及待地想要知道結論，不愿意去經歷和體會探尋結論的過程。這就需要我們教師尋找一切機會闡述和展示學科思想方法的重要性，一點一點滲透、推進，推動學生從更高的視角——學科思想方法的角度去俯視物理學，讓他們明白自己在物理學習的過程中不僅收獲了物理知識，更重要的是收獲了可以讓他們走得更遠的思想方法。

參考文獻：

1.朱龍祥編.物理教學思維方式.北京：首都師范大學出版社，2000.

2.閻金鐸，田世昆編.中學物理教學概論.北京：高等教育出版社，2003.

3.廖伯琴等編.中學物理教程改革的目標與實施.北京：高等教育出版社，2003.