基于思維方法的初中物理與小學科學的有序銜接

盧義剛 程萬美

(1. 六合區金牛湖初級中學,江蘇 南京 211500; 2. 六合區金陵中學龍湖分校,江蘇 南京 211500)

1 實踐意義:思維方法在初中物理和小學科學課程標準中的要求

物理思維是指具有意識的人腦對客觀事物的本質屬性、內部規律及物理事物間的聯系和相互關系的間接的、概括的和能動的反映.物理思維的基本方法包括分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、科學推理、臻美、等效等.[1]

小學科學課程的總目標是培養學生的科學素養,并為他們繼續學習、成為合格公民和終身發展奠定良好的基礎.小學科學課標以“倡導探究式學習”為基本理念,提出“科學探究總目標”,包含:“初步了解分析、綜合、分類、抽象、概括、推理、類比等思維方法,發展學生學習能力、思維能力”.[2]

初中物理課程目標明確提出:義務教育物理課程旨在提高學生的科學索養,讓學生學習終身發展必需的物理基礎知識和方法,養成良好的思維習慣,在分析問題和解決問題時嘗試運用科學知識和科學研究方法,有運用研究方法的意識;能獨立思考、敢于質疑、尊重事實、勇于創新.[3]

可見,小學科學和初中物理課程都倡導以探究式學習為主的多樣化的學習方式,提倡在教師的指導下,讓學生主動參與、積極體驗,不僅要“動手”,還要“動腦”.讓學生在探究式學習中不僅能夠獲取科學知識,更要領悟科學思維方法,發展學習能力、思維能力.

2 理論研究:思維方法在初中物理和小學科學課程銜接的重要性

建構主義理論告訴我們:學習新的知識、技能必須建立在已有知識、技能的基礎之上.[4]初中物理所學的聲學、光學、力學、熱學、電磁學等知識領域小學科學課程均有所涉及,且初中階段用到的歸納法等思維方法在小學科學課程中也有所體現.若能在學科知識和思維方法層面對小學科學和初中物理教學進行有序銜接,對學生物理知識結構的建立、物理思維能力的提升將形成積極的影響.

在小學科學、初中物理教學中,若將概念、規律、結論直接告訴學生,不讓學生參與思維加工活動、掌握思維方法,那么學生對概念與規律的認識只能是膚淺的、片面的.這是由學生的思維發展特征所決定的,即學生在不同的年齡階段表現出不同的思維特征.如童年期(6、7歲至11、12歲)的學生的思維特點具有較大的具體性和形象性,抽象思維能力還比較弱,對抽象的道理不易理解.少年期(11、12歲至14、15歲)的學生,抽象思維已有很大發展,但經常需要具體的感性經驗作支持.[5]因此,學生的思維活動若僅停留在簡單的記憶、練習的層面,則無法真正理解知識,學到建立科學概念、總結科學規律和解決實際問題的思維方法,思維能力也就難以得到提升.

在小學科學教學中,適當地對學生進行思維訓練和思維方法的點撥,不僅可促進學生對科學知識的理解,也有利于學生進入初中階段后物理等學科的學習.在初中物理教學中,更要凸顯思維方法的教學,使學生真正體會到初中物理在知識技能、思維方法等方面都與小學科學存在關聯,在建立物理概念、總結物理規律及解決物理問題時能夠有章可循,將小學科學與初中物理的知識結構、思維方法融為一體.

初中物理教學應建立在學生已有的認知結構基礎之上.教師需了解學生在小學階段都學習了哪些科學知識,體驗了哪些科學探究,運用了哪些思維方法.教師要嘗試“喚醒”學生已有的知識經驗、調動科學探究過程中運用過的思維方法,努力將小學科學與初中物理教學自然、有序地銜接起來.

3 案例分析:思維方法在初中物理教學實踐中的有序銜接

思維方法是小學科學與初中物理銜接的重要紐帶,然而小學科學教師往往并不清楚哪些思維方法對未來的初中物理學習有用,初中物理教師也不熟知學生在小學科學課程中都學到了哪些思維方法,這些思維方法當時又是以什么知識為載體呈現.為此筆者做了一些整理,望能為有志在此方向上研究的小學科學和初中物理教師提供一些思路.

3.1 控制變量法

控制變量法即用“控制條件”來探索物理問題和物理規律的方法,是“先分析,后綜合”的思維方法.其思路是每次探究只改變其中一個因素,控制其余幾個因素不變,從而找出被改變的這個因素對研究對象的影響,分別加以研究,最后再對各因素進行整合,這種方法叫做控制變量法.[6]

如蘇教版小學科學“蒸發快慢與什么因素有關”實驗.步驟1:“往兩只大小不同的盤子里倒同樣多的水,放在陽光下曬,觀察水的變化”(如圖1),步驟2:“在黑板上用水涂出兩塊同樣面積的水跡,用扇子扇其中一塊,觀察有什么現象發生”(如圖2),觀察蒸發快慢.本實驗中影響蒸發快慢的因素主要有:溫度、液面上方空氣流速、表面積等.先分別探究,再加以綜合,最終得出正確結論.

圖1 蒸發實驗(只改變液體表面積)

圖2 蒸發實驗(只改變液面上方空氣流速)

由于一個物理量的影響因素往往不止一個,故控制變量法在初中物理實驗中應用更為廣泛.因此,控制變量法是小學科學與初中物理進行思維方法銜接的最重要紐帶.教師在小學科學與初中物理教學中,做到該思維方法銜接的同時,可適當點撥實驗中為什么要采取控制變量法,引導學生主動思考控制變量法在實驗中的意義和適切性,切不可強記實驗的結論,而忽略了實驗結論得出的思維過程與方法.

3.2 比較分類法

比較法是確定事物之間差異點和共同點的抽象思維方法;分類法則是以比較法為基礎,根據研究對象的共同點和差異點,把事物分門別類的思維方法.

小學科學中比較法應用較多,如:“電與磁”要求學生思考“電磁鐵和磁鐵有什么相同和不同之處?”通過對兩者進行比較,不僅可以深化學生對磁鐵、電磁鐵的認識,也能促進學生在更廣闊的范圍內、更深的層次上掌握兩者的內在聯系.

初中物理教學中經常運用比較法.相似的物理概念如:蒸發與沸騰、超聲波與電磁波的特點等;相似的物理規律有:光的反射定律與光的折射規律、液體壓強大小的影響因素與浮力大小的影響因素等.分類法的應用也比較普遍.如:將水的各種形態(云、雨、露、霧、霜、雪、雹等)按照物質的狀態進行分類、按照物質的物理屬性對廚房中的物品進行分類等.

比較分類法是建立物理概念和總結物理規律的重要思維方法,也是小學科學與初中物理銜接的重要途徑.經歷比較、分類的思維過程有利于學生更好地辨別相似物理概念、物理規律,更準確把握物理概念、規律及其內涵.

3.3 理想實驗法

“理想實驗”,是以真實物理實驗為基礎,以邏輯法則為依據,通過大腦思維來開展實驗過程的思想實驗.[7]理想實驗法利用假想中的“器材”,可以超越當前的科技發展水平,可以超越時間和空間的局限,不受具體條件的限制.

圖3 聲音的傳播

小學科學中“聲音的傳播”有個小實驗,如圖3所示,先搖一搖小鈴,聽小鈴的聲音.往燒瓶中加少量水,放在火上燒開,將橡皮管夾緊,再搖小鈴,比較小鈴發出的聲音.受實驗條件所限,無法使燒瓶內部達到完全真空的狀態.實驗中只有盡可能減少瓶內空氣,再根據鈴聲減小的現象推理得出“真空不能傳聲”的結論.

初中物理“探究真空能否傳聲”實驗與上述“聲音的傳播”實驗可謂異曲同工,即直接用抽氣機抽走瓶內的空氣,當然也只能達到逼近真空的狀態,也需要在實驗的基礎上推理得出同樣的結論.理想實驗法是小學科學與初中物理在思維方法上的重要銜接點,也是概括和總結物理規律的重要思維方法.

3.4 歸納推理法

歸納推理是由一些個別的、特殊的判斷推出一般的判斷的思維方式.它不僅是研究物理實驗、建立物理概念和物理規律的一種重要的思維方式,也是解決物理問題的重要思維方法.

小學科學中“物體的運動”概念的建立是典型的歸納推理法的應用.教材中列舉了大量圖片、文字信息,包括:汽車、自行車、野鴨、大雁的運動;坐在行駛的汽車上感覺路旁的樹木在倒退;拔河比賽輸贏的裁斷等,為學生“機械運動”概念的建立提供了充分的素材,有利于學生在教師的引導下嘗試歸納、總結出判斷物體運動或靜止的依據.

初中物理涉及到歸納推理法的知識也很多,除了上述提到的“物體的運動”概念的建立外,還包括通過大量的生活實例及實驗現象總結得出“力是物體對物體的作用”、“力是改變物體運動狀態的原因”、“物體間力的作用是相互的”等概念或規律,舉不勝舉.

歸納推理法不論在小學科學還是初中物理中都有著廣泛的應用.在利用歸納推理法進行初小銜接教學時,重點不是向學生灌輸“歸納推理法”這一思維方法名稱,而是要讓學生自己體驗利用這一方法建立物理概念或得出物理規律的過程,在過程中領悟此思維方法.

3.5 圖像法

圖像法,即假設某一物理量y隨另一物理量x而變,從實驗和觀察中測出一系列與x相對應的y值后,在直角坐標系中分別標出與各組測量結果對應的點,再用光滑的曲線把各點連接起來(曲線不一定要通過每個點,但要使曲線盡可能靠近各個點)構成圖像,然后分析圖像找出規律.圖像法是研究物理學、總結物理規律的重要方法之一.[7]

圖4 熱水冷卻實驗

例如,小學科學中“冷和熱”有個小實驗,要求學生連續測量一杯熱水冷卻過程中的溫度,畫出溫度變化曲線圖(如圖4).這就要求學生不僅要記住水溫變化“先快后慢”這一實驗結論,更重要的是:明確實驗中需關注的物理量(時間、水的溫度),知道坐標軸代表的物理量,嘗試動手描點、畫圖,并且能在教師的引導下根據圖像得到水溫變化的規律.

小學科學主要是利用圖像找規律,即定性研究.初中物理則不僅要求學生會作圖,還要對圖像的“軸、點、線、面”作全面分析,對物理量間的關系做定量研究,如:“探究重力與質量關系”、“探究電流與電壓、電阻的關系”等實驗,對學生的數學能力、圖像的識別與分析能力提出了更高的要求.[8]

圖像法可以幫助學生得出正確的科學結論或物理規律,同時在大腦中將知識內化,并形成物理圖形的表象,能強化學生對小學科學以及初中物理概念、規律的理解,也是初小銜接的重要渠道.不論在小學科學還是初中物理教學中都要避免直接將實驗結論告訴學生,更不能強迫學生對概念、結論進行機械識記.要引導學生經歷利用圖像得出科學結論或物理規律的過程,理解“軸、點、線、面”所代表的物理意義,學會利用圖像解決物理問題的方法,促進由小學科學向初中物理教學的自然過渡與銜接.

4 結語

綜上所述,在小學科學和初中物理教學中,教師應注意讓學生主動參與到科學概念的建立、科學規律的得出、實際問題的解決過程中,引導學生在學習與科學探究的過程中體驗和領悟控制變量法、比較分類法、理想實驗法、歸納推理法、圖像法等物理思維方法,促進初中物理與小學科學教材中思維方法的有序銜接.