在動(dòng)量、沖量教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維

陳 強(qiáng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維要求學(xué)生具有構(gòu)建模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證等能力．為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,教師應(yīng)結(jié)合相關(guān)內(nèi)容的物理教學(xué),讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自主構(gòu)建物理模型,正確應(yīng)用科學(xué)思維方法,進(jìn)行科學(xué)的推理,找出規(guī)律,得出結(jié)論．

1 設(shè)計(jì),構(gòu)建模型

構(gòu)建模型是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建理想模型．為了讓學(xué)生更好、更快、更加方便地構(gòu)建物理模型,教師可以結(jié)合動(dòng)量、沖量實(shí)驗(yàn)展開(kāi)教學(xué),以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,使學(xué)生形成良好的思維習(xí)慣．

例如,在教學(xué)高中物理“碰撞與動(dòng)量守恒”中的“探究動(dòng)量變化與沖量的關(guān)系”時(shí),為了讓學(xué)生更好地理解動(dòng)量的變化和沖量的概念,筆者讓學(xué)生設(shè)計(jì)習(xí)題去計(jì)算、去親身體驗(yàn)．學(xué)生設(shè)計(jì)如下:在一個(gè)與水平面夾角為37°、足夠長(zhǎng)的斜面上,有一個(gè)質(zhì)量為5kg的物體沿斜面滑下,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,求下滑2s時(shí)間內(nèi),該物體所受各力的沖量,以及該物體第2秒末的動(dòng)量．學(xué)生先進(jìn)行力的分析,發(fā)現(xiàn)該物體受重力、支持力、摩擦力,然后根據(jù)沖量公式I=Ft、動(dòng)量公式p=mv進(jìn)行計(jì)算,得到重力的沖量是100N·s,方向豎直向下;支持力的沖量是80N·s,方向垂直于斜面向上;摩擦力的沖量是16N·s,方向沿斜面向上;物體在第2秒末的動(dòng)量是44kg·m·s-1．學(xué)生通過(guò)該問(wèn)題的解決,加深了對(duì)動(dòng)量和沖量的理解,培養(yǎng)了科學(xué)思維．

習(xí)題設(shè)計(jì)是構(gòu)建物理模型的一種方式,而構(gòu)建模型是良好運(yùn)用科學(xué)思維的第一步．構(gòu)建模型能夠讓學(xué)生對(duì)科學(xué)思維有一個(gè)初步的認(rèn)知,體驗(yàn)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建物理模型的抽象概括過(guò)程,深刻感受物理科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性,提升邏輯思維水平．

2 類比,發(fā)現(xiàn)規(guī)律

學(xué)生在進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺?shí)驗(yàn)之后,可以讓學(xué)生通過(guò)類比提出動(dòng)量、沖量以及動(dòng)量定理的概念,“自然而然”地發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律．這個(gè)過(guò)程是學(xué)生分析綜合、推理論證的過(guò)程,有助于科學(xué)思維的內(nèi)化．

仍以“探究動(dòng)量變化與沖量的關(guān)系”教學(xué)為例,為了讓學(xué)生更好地理解動(dòng)量的變化與沖量的關(guān)系,筆者讓學(xué)生設(shè)計(jì)了上述物理情境并通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)豎直向下的重力的沖量100N·s和垂直于斜面向上的支持力的沖量80N·s以及沿斜面向上的摩擦力的沖量16N·s的矢量和就是該物體的動(dòng)量的變化量44kg·m·s-1．然后讓學(xué)生變換不同情境,例如分析在水平面上受到恒力的物體的動(dòng)量變化與沖量的關(guān)系,學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)在類似的情況下動(dòng)量的變化就是該物體所受外力的沖量的矢量和．通過(guò)這樣的分析,學(xué)生找到了物理現(xiàn)象中蘊(yùn)含的核心規(guī)律，有效鍛煉了學(xué)生的分析綜合、歸納總結(jié)的能力,進(jìn)一步提高了學(xué)生的科學(xué)思維．

類比進(jìn)而發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究過(guò)程是學(xué)生鍛煉自身分析能力、邏輯思維的過(guò)程．學(xué)生通過(guò)自身的邏輯思維過(guò)程來(lái)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律就是一次體驗(yàn),通過(guò)這種體驗(yàn),學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)知和理解進(jìn)一步加深,可以更好地應(yīng)用和解答相關(guān)物理知識(shí)和問(wèn)題．

3 遷移,實(shí)現(xiàn)進(jìn)階

學(xué)生在學(xué)會(huì)恒力的動(dòng)量和沖量的計(jì)算規(guī)律以后,我們可以嘗試引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行規(guī)律的遷移:將恒力的計(jì)算規(guī)律遷移到變力的計(jì)算中,實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階．這也是鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的機(jī)會(huì),可以幫助學(xué)生建立自主學(xué)習(xí)的思維習(xí)慣．

例如,在教學(xué)高中物理“碰撞與動(dòng)量守恒”中的“探究動(dòng)量守恒定律”時(shí),筆者并沒(méi)有直接告訴學(xué)生動(dòng)量守恒定律是什么,而是通過(guò)探究過(guò)程讓學(xué)生一步一步認(rèn)識(shí)這個(gè)規(guī)律．學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)、分析、綜合得出物體動(dòng)量的變化就是物體所受力的沖量的矢量和,而這個(gè)規(guī)律是在恒力條件下得出的,為了實(shí)現(xiàn)規(guī)律的進(jìn)階,學(xué)生會(huì)想到變力條件下是否還符合這個(gè)規(guī)律．學(xué)生進(jìn)行驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)在變力的條件下依然適用,這個(gè)時(shí)候再向?qū)W生提出動(dòng)量守恒定律,學(xué)生會(huì)更容易接受、理解和消化．學(xué)生的科學(xué)思維也通過(guò)這一過(guò)程獲得了提升,實(shí)現(xiàn)了思維上的完善．

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)重復(fù)進(jìn)行構(gòu)建模型、分析綜合、推理論證、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過(guò)程，這對(duì)于學(xué)生的科學(xué)思維是反復(fù)的鍛煉和檢驗(yàn),有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)思維進(jìn)行鞏固和矯正,讓學(xué)生的理性思維和邏輯思維得到充分發(fā)展．

結(jié)合動(dòng)量、沖量實(shí)驗(yàn)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，既不會(huì)引起學(xué)生對(duì)于物理學(xué)習(xí)的反感,更可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生打開(kāi)一扇新的大門,引起學(xué)生對(duì)物理的興趣,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)養(yǎng)成理性而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維,促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升．