初中物理中“思想方法”的教學(xué)

李寶銀

(江蘇省海安市紫石中學(xué),江蘇 海安 226600)

《江蘇省義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力框架(試行)》中,認(rèn)定初中物理核心素養(yǎng)由實(shí)驗(yàn)探究、概括理解、實(shí)踐應(yīng)用、求實(shí)創(chuàng)新四個維度構(gòu)成.“實(shí)踐應(yīng)用”是指在應(yīng)用物理知識解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題過程中表現(xiàn)出來的能力[1].本文就“實(shí)踐應(yīng)用”維度中的“思想方法”的教學(xué)談點(diǎn)看法和建議.

1 “思想方法”的內(nèi)涵解讀

文獻(xiàn)[2]的研究成果表明,“思想方法”是指人們認(rèn)識客觀世界的一些基本觀點(diǎn)和基本方法,例如實(shí)驗(yàn)探究中常用的控制變量、轉(zhuǎn)換思想、理想化實(shí)驗(yàn),曹沖稱象時所用的等效替代等;也包括科學(xué)探究中運(yùn)用的,具有某種技能性的方法,例如運(yùn)用表格、畫圖處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法;也包括用方程、圖像等數(shù)學(xué)工具解決實(shí)際問題的方法.

解答選擇題所用的排除法、極端法等解題過程中的一些技巧性方法,不在“思想方法”之列.學(xué)生解題需要“排除法”時,往往有某個方面的知識缺損,而不能用其分析判斷;教師教學(xué)采用“排除法”選擇答案時,往往會導(dǎo)致大量的學(xué)生知其然,而不知其所以然.顯而易見,解題時“排除法”用得越多,越不利于對物理知識的全面而正確認(rèn)識,有害于物理觀念的形成.

極端這類技巧性方法往往有其適用的“條件”,“條件”對路可以提高解題速度,“條件”不對路麻煩就來了.現(xiàn)通過兩例說明.

圖1

例如,如圖1所示,杠桿兩端掛的質(zhì)量不等的物體A和B,杠桿在水平位置平衡.現(xiàn)將A、B同時向支點(diǎn)移動相同的距離,杠桿將________(選填:“左端下沉”“右端下沉”或“水平平衡”).

采用極端法,假設(shè)將物體B移動到支點(diǎn)O,物體B對杠桿的作用力通過支點(diǎn),對杠桿的平衡沒有影響,而物體A仍在支點(diǎn)的左側(cè),物體A對杠桿的作用力,使其左端下沉.“快”!只要短短的幾秒鐘.

圖2

例如.如圖2所示,電源電壓為9 V,燈泡L的阻值約為12 Ω,變阻器R的最大阻值為20 Ω,將變阻器的滑片P由圖示位置向右移動的過程中,變阻器消耗的電功率是

(A) 變大. (B) 變小.

(C) 先變大后變小. (D) 先變小后變大.

如果把上例中的方法遷移過來,將滑片P移動到最右端,這時變阻器兩端的電壓為零,電功率為零,肯定會有很多學(xué)生選電功率“變小”,而出錯.如果學(xué)生選擇變阻器的滑片在圖中位置和中點(diǎn)位置進(jìn)行比較,會有很多學(xué)生選電功率“變大”,而出錯.只有通過數(shù)學(xué)工具進(jìn)行正確推理的學(xué)生,才會選電功率“先變大后變小”,且明了變阻器的電阻和燈泡的電阻相等時,變阻器消耗的功率最大．

事實(shí)上,過分強(qiáng)調(diào)“極端”這類技巧性方法的教學(xué)行為危害很大.一方面,學(xué)生缺少用常規(guī)思路分析解決問題的體驗(yàn),造成用常規(guī)思路分析解決問題的水平不高,面對陌生問題時往往會束手無策;另一方面,違背科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的基本要求,有害于學(xué)生科學(xué)世界觀和學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.

2 “思想方法”教學(xué)習(xí)策略

2.1 在知識建構(gòu)中感悟與理解

在物理概念和規(guī)律的教學(xué)中,教師應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)條件,引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用已有的知識,沿用科學(xué)家的思維方法來構(gòu)建物理知識;同時注意將知識構(gòu)建過程中的主要思想方法進(jìn)行顯現(xiàn),讓學(xué)生感悟了解這些思想方法.但要注意下列三點(diǎn):

① 重點(diǎn)揭示.一節(jié)課往往要涉及到兩個以上的思想方法,是不是每種思想方法都要讓學(xué)生搞清楚,這顯然是不必要的,應(yīng)該有選擇地揭示,否則就會沖談對物理主要知識的掌握,甚至?xí)螞]學(xué)科的知識結(jié)構(gòu).

例如,八年級“牛頓第一定律”教學(xué)中,不僅要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)“探究阻力對物體運(yùn)動的影響”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,逐步推演出牛頓第一定律,而且要告訴學(xué)生這種根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理結(jié)論的方法,是重要的科學(xué)方法——理想化實(shí)驗(yàn).小車從斜面的同高度滑下來,只要學(xué)生知道是保證小車到達(dá)平面的速度相同,根據(jù)小車在平面上滑行的距離來比較阻力對運(yùn)動的影響,而沒有必要在控制變量法、轉(zhuǎn)換法上耗費(fèi)時間.

② 適時顯現(xiàn).同一種思想方法往往會在很多場合出現(xiàn),沒有必要也不能在每次將其顯現(xiàn)出來,應(yīng)該循序漸進(jìn).初次出現(xiàn)時,教師應(yīng)該讓學(xué)生自己體驗(yàn)和感悟;時機(jī)成熟時,教師再告訴學(xué)生這些思想方法的名稱,并且要求學(xué)生回憶在前面哪些地方運(yùn)用到這樣的思想方法;再往后,教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用這些方法參與物理知識建構(gòu).

例如,八年級“探究影響滑動摩擦力大小的因素”等實(shí)驗(yàn)中,就在運(yùn)用控制變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,九年級“探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”時,才對“控制變量法”進(jìn)行介紹,到了“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”時,應(yīng)該直白地問“需要控制哪些物理量?如何進(jìn)行控制”.

③ 關(guān)注應(yīng)用.思想方法的教學(xué),關(guān)注的不是思想方法的名稱,而是思想方法的實(shí)際運(yùn)用.

例如,“轉(zhuǎn)換法”是初中物理中運(yùn)用最多的方法,每章都有它的“蹤影”,吝嗇的教材就是沒有它的“名字”.實(shí)際教學(xué)中,教師沒有必要也不能把大量的思想方法名稱灌輸給學(xué)生,甚至要求學(xué)生記住.

2.2 在問題解決中運(yùn)用與活化

根據(jù)思想方法的內(nèi)涵界定,在解決問題的過程中,應(yīng)該注意下列三方面的方法訓(xùn)練.

① 科學(xué)思維.在解題過程中運(yùn)用物理方法主要是訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維方法,以期發(fā)展學(xué)生的思維能力和分析解決問題能力.實(shí)際教學(xué)中教師注意根據(jù)題目的特點(diǎn),選擇不同的方法分析解答,并鑒賞比較,在活躍學(xué)生思維的同時,啟迪學(xué)生選擇最佳的研究方法.

圖3

例如,如圖3所示,此時蠟燭通過凸透鏡在光屏上形成一個清晰的像.現(xiàn)保持凸透鏡的位置不變,將光屏與蠟燭的位置對調(diào),則光屏上成

(A) 倒立模糊的實(shí)像.

(B) 倒立縮小的實(shí)像.

(C) 倒立放大的實(shí)像.

(D) 正立放大的實(shí)像.

根據(jù)探究凸透鏡成像規(guī)律的結(jié)論,學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)圖中蠟燭在凸透鏡焦點(diǎn)和兩倍焦距之間,光屏在凸透鏡的兩倍焦距之外,光屏上是一個倒立放大的實(shí)像.把蠟燭放到圖中光屏的位置,蠟燭應(yīng)該在凸透鏡的另一側(cè)呈現(xiàn)倒立縮小的像,但學(xué)生不能肯定這個像在不在原來蠟燭的位置上.為此,一是通過實(shí)驗(yàn)揭示“現(xiàn)保持凸透鏡的位置不變,將光屏與蠟燭的位置對調(diào),光屏上呈現(xiàn)倒立縮小的像”.二是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“逆向思維”:凸透鏡成像的光路是可逆的,將光屏與蠟燭的位置對調(diào),經(jīng)過凸透鏡某個位置光的傳播方向發(fā)生改變,但經(jīng)過的路徑不會改變,即從燭焰上某點(diǎn)發(fā)出的光線仍就會在光屏上成像.前者對有準(zhǔn)備的教學(xué)而言是簡單而可行,用其解決實(shí)際問題時,往往會因手頭沒有器材而望洋興嘆,顯然后者才是解決實(shí)際問題的可行而快捷的方法.

② 由數(shù)據(jù)出結(jié)論.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律時,指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用表格處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);若從表格數(shù)據(jù)不能顯現(xiàn)物理規(guī)律時,運(yùn)用恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)圖像呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),然后根據(jù)圖像的特點(diǎn),判斷物理規(guī)律.

③ 數(shù)學(xué)工具.研究物理問題離不開數(shù)學(xué)工具,尤其是函數(shù)圖像.對函數(shù)圖像不僅要引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用其處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、從圖像總結(jié)規(guī)律,還要注意憑借圖像來描述物理過程、求解物理量、對物理問題進(jìn)行判斷論證等.

圖4

例如.(2015年南通中考)如圖4所示電路中,電源為恒流源,能始終提供大小恒定的電流,R0為定值電阻.移動滑動變阻器R的滑片,則下列表示電壓表示數(shù)U、電路總功率P隨電流表示數(shù)I變化的關(guān)系圖線中(圖5),可能正確的是

圖5

本題為中考的壓軸題,對數(shù)學(xué)工具運(yùn)用方面的要求較高,既要學(xué)生把試題中信息轉(zhuǎn)化為“電壓表示數(shù)U隨電流表示數(shù)I變化的關(guān)系:U=R0I總-IR0”和“電路總功率P隨電流表示數(shù)I變化的關(guān)系:P=R0I總(I總-I)”,還要學(xué)生能根據(jù)函數(shù)關(guān)系去選擇正確的圖像.

正確答案為(C),難度系數(shù)0.19,選擇各個選項(xiàng)的人數(shù)如圖6所示.選擇(B)選項(xiàng)的學(xué)生最多,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它選項(xiàng)．考后追蹤訪談表明,這部分學(xué)生根據(jù)試題中信息只尋求了“電壓表示數(shù)U隨電流表示數(shù)I變化”的定性關(guān)系,并據(jù)此選擇了答案.

圖6

例如.(2017年南通中考)如圖7是模擬空調(diào)溫控裝置原理的簡化電路,電源電壓為6 V,R1為電阻箱,L為阻值不計(jì)的線圈,R2是熱敏電阻,當(dāng)電阻R1調(diào)到1 kΩ時,能接通受控電路.已知熱敏電阻的電流隨電壓變化的I-U關(guān)系圖象如圖,則此時控制電路中的電流為________A.(注:限于篇幅,只保留文章必需的內(nèi)容)

甲

乙

本題只有在乙圖中畫出電阻R1=1 kΩ時,電流隨電壓變化的圖像(圖中虛線),才能根據(jù)圖像找到控制電路中的電流為2.0 mA,兩個電阻的總電壓恰好為6 V.當(dāng)然,本題還可以根據(jù)串聯(lián)電路的知識,推導(dǎo)出熱敏電阻電流和電壓的關(guān)系:U=6-103I,在乙圖中畫出其關(guān)系圖像(圖中點(diǎn)劃線),根據(jù)其相交點(diǎn)確定控制電路中的電流為2.0 mA.

顯然,教師要注意圖像、方程等數(shù)學(xué)方法在物理解題中的運(yùn)用.只有經(jīng)常這樣,學(xué)生面對復(fù)雜而陌生的問題才能有思路、有智謀,才能靈活嫻熟地運(yùn)用數(shù)學(xué)工具.