培養學生抽象思維能力的探討①

朱建武

(江蘇省如東縣馬塘中學,江蘇 如東 226401)

培養學生抽象思維能力的探討①

朱建武

(江蘇省如東縣馬塘中學,江蘇 如東 226401)

抽象思維是物理學科核心素養的重要組成部分,本文結合高考物理試題的解析，闡明高中物理教學中培養和發展學生抽象思維能力的有效路徑.

中學物理；抽象思維;核心素養;培養能力

物理學科核心素養主要由“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任”等方面的要素組成,而這些要素之間存在著密不可分、相輔相成的關系.優化學生思維品質、培養學生思維能力,是其中“科學思維”這一要素的根本,并早已成為包括高中物理在內的許多學科共同的育人目標.無可置疑,學生的思維品質和思維能力是物理學科的核心素養,而抽象思維能力是物理學科核心素養的重要組成部分，抽象思維是運用概念、判斷、推理等思維形式,對客觀現實進行間接的、概括的反映的過程.在物理教學中如果離開了抽象思維,那就談不上思維品質和思維能力,同樣談不上科學思維;沒有科學思維,物理觀念、科學探究、科學態度與責任等都無從談起.本文以2016年的幾道高考物理題為例,探討在高中物理教學中培養學生的抽象思維能力的有效路徑.

1 由個別到一般,學會歸納,夯實抽象思維的基礎

高中物理教學是從“運動學”開始的,在引導學生去研究、發現物體運動規律的過程中,應該開發和利用好課程資源，讓學生從個別運動現象去分析、比較,逐步歸納并揭示出一般的運動特點和規律,這是最典型、最常見的抽象思維過程,也是“運動學”教學中最基本、最有效的教法和學法.高一學生首先研究了“自由落體運動”,由個別事例的歸納發現了一般規律:只要從靜止開始,并只在重力作用下,所有物體的運動規律(運動快慢和運動軌跡)都是完全一樣的.后來研究了“平拋運動”,運用運動合成與分解的觀點,揭示出它的一般規律:只要從相同的水平速度開始,并只在重力作用下,所有物體的運動規律(運動快慢和運動軌跡)也都是完全一樣的.對于“自由落體運動”和“平拋運動”這兩個“個別”情形,再進一步歸納,就能經過抽象思維得出更“一般”的規律:如果“初始條件”相同,即初速度v0相同,并且“只受重力”,即加速度a相同,那么它們的運動情況一定相同;一個物體做什么運動,是由“初始條件”和“加速度”這兩個要素共同決定的.因此,只受重力的拋體運動,包括平拋或斜拋運動,如果初速度v0大小、方向相同,其運動軌跡與物體的質量沒有關系.

例1(2016年江蘇高考)：有A、B兩小球,B的質量為A的兩倍.現將它們以相同速率沿同一方向拋出,不計空氣阻力.圖1中①為A的運動軌跡,則B的運動軌跡是( ).

A. ① B. ② C. ③ D. ④

圖1

顯然,由個別到一般,學會歸納,是訓練學生抽象思維的必由之路,也是培養學生抽象思維的基礎.

2 由一般到特殊,學會演繹,體驗抽象思維的意義

在培養和發展學生“科學思維”等核心素養的過程中,我們不僅要重視讓學生去探究、發現和掌握基本的物理規律,也要激發學生靈活運用“一般”規律,去具體分析和解決“個別或特殊”的問題,在由此及彼的演繹、推理中,使學生深切體驗到抽象思維的作用.

例2(2016年江蘇高考)：如圖2所示,兩質量相等的衛星A、B繞地球做勻速圓周運動,用R、T、Ek、S分別表示衛星的軌道半徑、周期、動能、與地心連線在單位時間內掃過的面積.下列關系式正確的有( ).

圖2

A.TA>TBB.EkA>EkB

要學好物理,必須善于抽象思維，而通過抽象思維掌握的一般規律,只有在靈活演繹和運用中,才能體驗到艱苦的抽象思維成果所具有的實用意義和“苦”中之樂.

3 善分析，多綜合,重視推理,熟悉抽象思維的過程

抽象思維的過程是艱苦的,更是快樂的.面對復雜的具體問題,善于分析才能發現“特點”,多方綜合才能抓住“聯系”,利用“特點”和“聯系”才能進行判斷和推理,使得抽象思維的過程并不“抽象”.學生不斷親歷和熟悉了分析、綜合、推理的抽象思維過程,自然可以熟能生巧、輕車熟路.

例3(2016年上海高考)：如圖3,始終豎直向上的力F作用在三角板A端,使其繞B點在豎直平面內緩慢地沿順時針方向轉動一小角度,力F對B點的力矩為M,則轉動過程中( ).

圖3

A.M減小,F增大

B.M減小,F減小

C.M增大,F增大

D.M增大,F減小

如果沒有深刻分析得出“力矩平衡”的定量表達式,如果不能綜合推理出力F1的表達式,就不能實現有理有據的抽象思維.

4 建模型，用規律,強化抽象思維的應用

善分析，多綜合,重視推理,能夠熟悉抽象思維的過程;建模型，用規律,就能強化抽象思維的應用.

例4(2016年江蘇高考)：小球從一定高度處由靜止下落,與地面碰撞后回到原高度再次下落,重復上述運動,取小球的落地點為原點建立坐標系,豎直向上為正方向,下列速度v和位置x的關系圖像中,能描述該過程的是( ).

5 識準圖，列對式,由圖到式,是突出抽象思維的關鍵

圖像問題是全國各地歷年高考物理試題中的常見熱點題型,它一方面直觀地反映了物理量之間的變化關系,另一方面圖像中蘊含的內在信息及其本質特征具有抽象性.解決圖像題,必須經過抽象思維,同時必須突出抽象思維的一個關鍵:首先深刻、準確地分析，識別圖像中隱含的信息和條件,再根據圖像和文字中的所有條件及規律,列出關系式.由圖到式,這是運用抽象思維解決圖像題至關重要的一步.

例5(2016年上海高考)：地面上物體在變力F作用下由靜止開始豎直向上運動,力F隨高度x的變化關系如圖4所示,物體能上升的最大高度為h,h

圖4

解析:“在變力F作用下由靜止開始豎直向上運動”,并且“能上升的最大高為h”,所有上升過程中物體先以v0=0作加速運動、再作減速運動到最高點時v=0.圖像表明變力F隨高度x的增大而均勻減小,設加速階段加速度大小為a1、減速階段加速度大小為a2,根據牛頓第二定律有F-mg=ma1和mg-F=ma2,因此a1是減小的、a2是增大的,“加速度有最大值時”一定在“剛開始”和“最高點”兩個時刻,其高度分別為h1=0和h2=h.

識準圖、列對式,由圖到式,既是抽象思維的一種飛躍,也是培養學生抽象思維能力的一種重要途徑.

6 畫好圖，健全式,圖式并用,是提升抽象思維能力的階梯

物理問題中的“圖”包括物理情景示意圖、受力分析圖、矢量關系圖以及各種物理量之間的關系圖像，“式”則包括物理量的定義式和決定式、物理規律的表達式和推論式、運用物理概念規律而得的物理量之間的關系式.所謂“圖式并用”,指解析物理問題時既能讀圖、識圖、作圖、用圖,又能列式、變式、推導式、討論式,綜合運用圖和式,由圖到式、由式到圖,從而得心應手地解決問題,這其中抽象思維功不可沒.

例6(2016年江蘇高考)：如圖5所示,傾角為α的斜面A被固定在水平面上,細線的一端固定于墻面,另一端跨過斜面頂端的小滑輪與物塊B相連,B靜止在斜面上.滑輪左側的細線水平,右側的細線與斜面平行.A、B的質量均為m.撤去固定A的裝置后,A、B均做直線運動.不計一切摩擦,重力加速度為g.求:

(1)A固定不動時,A對B支持力的大小N;

(2)A滑動的位移為x時,B的位移大小s;

(3)A滑動的位移為x時,A的速度大小vx.

圖5

解析:(1)B受三共點力處于平衡狀態,畫出受力關系圖,列出力在垂直斜面方向上的關系式,即得N=mgcosα.

第(1)問中畫好受力圖,第(2)問中深刻揭示運動關系，畫好矢量關系圖,然后“由圖到式”完成了抽象思維的突破;第(3)問運用瞬時速度的定義和類比思維,推理出速度關系式,完成了抽象思維的提升.圖式并用,實實在在地成為提升學生抽象思維能力的重要階梯.

7 結語

在高中物理教學中,無論學習物理知識,還是解決物理問題,抽象思維無處不在，不僅要使學生打好抽象思維的基礎,體驗抽象思維的意義,而且讓學生要熟悉抽象思維的過程,強化抽象思維的應用,并且讓學生能夠突出抽象思維的關鍵,登上提升抽象思維能力的階梯.培養和發展學生的抽象思維能力,是我們培養學生物理核心素養的責任所在,我們義不容辭,必須盡力達成.

[1] 林招君,蔡千斌.“素養為本”科學教學的原則、策略與途徑[J].物理教學,2016,(7).

[2] 朱建武.讓學生在“學會比較”中“主動發現”[J].物理教師,2014,(1).

[3] 朱建武.學好物理 其實簡單[J].物理之友,2015,(2).

①名師簡介：朱建武，江蘇省高中物理特級教師、正高級教師，江蘇省優秀教育工作者，南通市高中物理學科帶頭人，主要研究中學物理教學.