基于思想方法的高中物理教學(xué)策略

申庭庭 姜 峰

(1. 江蘇省蘇州實(shí)驗(yàn)中學(xué)科技城校,江蘇 蘇州 215000; 2. 連云港市教育局教研室,江蘇 連云港 222006)

通過知識(shí)的學(xué)習(xí),培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng),是當(dāng)下學(xué)科教學(xué)的目標(biāo)和價(jià)值追求．而在獲取知識(shí)和技能的過程中,習(xí)得方法、領(lǐng)悟?qū)W科的思想和價(jià)值、形成學(xué)科的思維方式和觀念則是核心素養(yǎng)的重要體現(xiàn)．學(xué)科思想方法是指能夠反映學(xué)科知識(shí)本質(zhì)、學(xué)科思維特點(diǎn)和學(xué)科學(xué)習(xí)規(guī)律,對(duì)分支學(xué)科發(fā)展和學(xué)生學(xué)科綜合素養(yǎng)發(fā)展起著決定性作用的那些基本觀念、思想和方法．[1]教學(xué)過程中引領(lǐng)學(xué)生在建構(gòu)知識(shí)的同時(shí)領(lǐng)悟思想方法,學(xué)會(huì)用物理思想方法分析解決問題,可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí),提升思維品質(zhì),領(lǐng)悟?qū)W科的精髓實(shí)質(zhì),形成物理觀念,發(fā)展核心素養(yǎng)．

1 經(jīng)歷過程體驗(yàn),感悟思想方法

受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響,許多教師在進(jìn)行知識(shí)教學(xué)時(shí),只重知識(shí)的符號(hào)表征,忽視潛藏于知識(shí)深處的思維方式、思想方法及價(jià)值意蘊(yùn),教學(xué)呈淺表化．為體現(xiàn)核心素養(yǎng)的教學(xué)要求,教師要超越對(duì)知識(shí)和技能的簡(jiǎn)單傳授,引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)知識(shí)的生成過程,思考知識(shí)的深層意義,感悟其中的物理思想方法．

圖1

圖2

2 經(jīng)歷建構(gòu)過程,滲透思想方法

物理思想方法不同于概念、規(guī)律等有形的知識(shí),它隱含于知識(shí)的形成、發(fā)展過程之中,具有抽象性、過程性、遞進(jìn)性等特點(diǎn),學(xué)生對(duì)物理思想方法的理解和掌握不可能是一蹴而就、一步到位的,必定要經(jīng)歷一個(gè)逐步深入、螺旋上升的過程．因此,對(duì)物理思想方法的教育不能強(qiáng)行灌輸,而應(yīng)采取循序漸進(jìn)、逐步滲透的策略,通過由淺入深的知識(shí)學(xué)習(xí),讓學(xué)生在建構(gòu)知識(shí)的過程中經(jīng)歷由領(lǐng)悟思想方法到提煉思想方法，再到掌握思想方法進(jìn)而學(xué)會(huì)應(yīng)用思想方法的過程．教師要深入挖掘教材中的思想方法要素,理清知識(shí)中的思想方法線索,對(duì)思想方法的教學(xué)要有計(jì)劃、有步驟的滲透,做到潛移默化,潤(rùn)物無(wú)聲．

如對(duì)微元和極限的思想方法的學(xué)習(xí),可以采用如下的滲透策略,第一,經(jīng)歷瞬時(shí)速度概念的建立過程,初步領(lǐng)悟微元、極限的思想方法．由平均速度的定義結(jié)合極限的思想得出瞬時(shí)速度的概念;通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量瞬時(shí)速度的大小,分別用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度、借用傳感器用計(jì)算機(jī)測(cè)速度、用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)速度等,從實(shí)踐層面去理解瞬時(shí)速度的概念,體會(huì)汽車中的速度計(jì)等現(xiàn)實(shí)生活中的測(cè)量都是由近似向精確逼近的過程,感悟極限思想在生活中的應(yīng)用;第二,根據(jù)速度圖像利用微元法和極限的思想推出勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式,進(jìn)一步滲透極限的思想方法,初步學(xué)會(huì)應(yīng)用微元法和極限的思想；第三,逐步深化對(duì)微元和極限思想方法的理解和應(yīng)用．在此后的學(xué)習(xí)中,曲線運(yùn)動(dòng)中速度的大小及方向的探究、探究向心加速度大小的表達(dá)式、一般曲線運(yùn)動(dòng)采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析處理方法、物體沿任意路徑向下運(yùn)動(dòng)時(shí)求重力做的功、探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式等,運(yùn)動(dòng)形式由直線到曲線,知識(shí)內(nèi)容由速度到加速度,由狀態(tài)量(速度、加速度)到過程量(功、彈性勢(shì)能),知識(shí)的學(xué)習(xí)逐步深化和拓展,但對(duì)問題的分析、處理都離不開微元和極限的思想方法.教師可根據(jù)教學(xué)實(shí)際,以微元和極限的思想方法為主線,將上述知識(shí)串聯(lián)起來,讓學(xué)生在探究知識(shí)的過程中,深化對(duì)思想方法的理解和應(yīng)用,逐漸學(xué)會(huì)用微元法和極限的思想去分析解決問題,體驗(yàn)和感悟微元法及極限思想在分析解決問題中的重要作用和意義．

3 形成物理觀念,提煉思想方法

物理思想方法是物理知識(shí)生成和發(fā)展過程中形成的分析解決問題的策略,是基于對(duì)學(xué)科知識(shí)的深度思考所凝練而成的學(xué)科觀念和思維方式,它就像一根紅線隱含于物理知識(shí)之中,連接著知識(shí)的結(jié)構(gòu)、組織形式和邏輯關(guān)系．對(duì)物理思想方法的建構(gòu)依賴于對(duì)物理知識(shí)的深度理解和應(yīng)用,物理知識(shí)的生成和發(fā)展過程、抽象表征及其潛藏的價(jià)值意義都需要學(xué)生去經(jīng)歷、探究、體驗(yàn)和感悟,而經(jīng)歷知識(shí)學(xué)習(xí)過程所凝練成的物理觀念和思維方式反過來又會(huì)促進(jìn)對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí),促進(jìn)物理思想方法的形成．因此,教師要關(guān)注知識(shí)形成過程中所凝練出的思想方法和思維方式,引領(lǐng)學(xué)生從學(xué)科的視角分析問題,逐步形成學(xué)科的觀念和思維方式．教師要在物理思想方法的觀照下從單元整體的視角去設(shè)計(jì)教學(xué),用物理思想方法去統(tǒng)攝知識(shí)、引領(lǐng)學(xué)生深度學(xué)習(xí),在對(duì)物理概念、規(guī)律抽象和概括的過程中,感悟物理學(xué)科的本質(zhì),養(yǎng)成物理學(xué)科獨(dú)特的思維方式,在形成物理觀念的過程中,提煉物理思想方法．

人教版必修2第5章“曲線運(yùn)動(dòng)”中,按照曲線運(yùn)動(dòng)→平拋運(yùn)動(dòng)→勻速圓周運(yùn)動(dòng)→變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的邏輯順序編排的,這樣的編排體現(xiàn)了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從一般到特殊再到一般的認(rèn)知規(guī)律．曲線運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng),它是直線運(yùn)動(dòng)的拓展,是運(yùn)動(dòng)與力關(guān)系的進(jìn)一步深化,也是力的合成與分解方法在曲線運(yùn)動(dòng)中的遷移和應(yīng)用,涉及到分析綜合、等效替代和極限等思想方法．教師要從單元整體的視角設(shè)計(jì)教學(xué),用物理思想方法統(tǒng)攝教學(xué)．首先,在第1節(jié)“曲線運(yùn)動(dòng)”中,滲透等效的思想方法,引導(dǎo)學(xué)生用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的方法研究曲線運(yùn)動(dòng),建立直角坐標(biāo)系,將位移、速度等矢量分解為相互垂直的兩個(gè)方向的分矢量,將復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)等效為兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng),并通過應(yīng)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法分析研究蠟塊的運(yùn)動(dòng),體會(huì)“化曲為直”“化繁為簡(jiǎn)”的思想;然后,指導(dǎo)學(xué)生利用運(yùn)動(dòng)合成與分解的思想方法探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、探究圓周運(yùn)動(dòng)中向心加速度大小的表達(dá)式、分析變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng),學(xué)會(huì)用矢量合成與分解的方法分析解決平拋運(yùn)動(dòng)及圓周運(yùn)動(dòng)、一般曲線運(yùn)動(dòng)的問題;最后,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)曲線運(yùn)動(dòng)單元的知識(shí)結(jié)構(gòu),理解曲線運(yùn)動(dòng)知識(shí)的邏輯關(guān)系,在建構(gòu)曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、深度理解曲線運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的同時(shí)提煉出等效合成與分解的思想方法,并體會(huì)等效合成與分解的思想方法在分析解決曲線運(yùn)動(dòng)中的作用和意義．

4 應(yīng)用思想方法,提升關(guān)鍵能力

通過知識(shí)的學(xué)習(xí)理解和掌握思想方法,目的是應(yīng)用思想方法,在面對(duì)生產(chǎn)、生活中新出現(xiàn)的問題時(shí),能夠用自己所習(xí)得的思維方式和思想方法去建構(gòu)模型,分析解決問題,將靜態(tài)的思想方法轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的問題解決的關(guān)鍵能力,提升自身的核心素養(yǎng)．由于對(duì)思想方法的學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,因此,在教學(xué)過程中要注重對(duì)思想方法的遷移應(yīng)用,在學(xué)習(xí)過程中,逐步學(xué)會(huì)用所學(xué)的思想方法去分析解決問題,提升自己的思維品質(zhì)和關(guān)鍵能力．

圖3

設(shè)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v,圓半徑為r,取非常非常短的時(shí)間間隔t,物體由A沿圓周運(yùn)動(dòng)到B,對(duì)應(yīng)的圓心角為θ．將圓周運(yùn)動(dòng)等效為沿速度方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和沿半徑方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)沿半徑方向的加速度大小為a,建立如圖3所示平面直角坐標(biāo)系．則有

x=vt，

(1)

(2)

y=r(1-cosθ)，

(3)

x=rsinθ.

(4)

圓周運(yùn)動(dòng)是一種更加復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng),體現(xiàn)在加速度不斷變化,采用上述方法探究加速度的表達(dá)式,既是對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)研究方法的遷移應(yīng)用,也是對(duì)微元和極限思想在曲線運(yùn)動(dòng)中的拓展,尤其是讓學(xué)生理解,當(dāng)時(shí)間非常非常短時(shí),曲線可以當(dāng)成直線來處理,變量可以當(dāng)作不變量來處理,是“化曲為直、化變?yōu)楹恪彼枷氲倪M(jìn)一步深化．

物理思想方法不是有形的知識(shí),它是個(gè)體在分析解決問題過程中經(jīng)過提煉而形成的解題策略和思想觀念,若干年以后,所學(xué)的知識(shí)可能會(huì)遺忘掉,但在知識(shí)學(xué)習(xí)過程中所凝練而成的思想方法是不會(huì)被遺忘的,而是會(huì)作為一種素養(yǎng)伴隨著人的一生,促進(jìn)著人的發(fā)展．