基于抽象思維培養(yǎng)的高中物理教學(xué)策略

摘 要：高中是學(xué)生發(fā)展抽象思維的關(guān)鍵階段。在實(shí)施高中物理教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)把握好時(shí)機(jī)，依據(jù)不同課型，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)用多樣的策略引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象思考，使學(xué)生在掌握物理知識(shí)的同時(shí)發(fā)展抽象思維能力，增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)效果。鑒于此，文章結(jié)合相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從新授課、習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)課、課外活動(dòng)這四個(gè)課型入手，闡述基于抽象思維培養(yǎng)的高中物理教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：高中物理；抽象思維；課型；教學(xué)策略

作者簡介：程國平（1976—），男，甘肅省天水市天水長城中學(xué)。

物理是一門自然科學(xué)，與現(xiàn)實(shí)生活有著密切聯(lián)系的同時(shí)具有一定的抽象性。在學(xué)習(xí)物理的過程中，學(xué)生要利用抽象思維，對所見所聞的物理現(xiàn)象進(jìn)行加工，由表及里，逐步深入本質(zhì)，形成理性認(rèn)知。在解決實(shí)際問題時(shí)，學(xué)生要在觀察事物的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽象思考和知識(shí)遷移，提出假設(shè)和猜想，進(jìn)行邏輯推理，設(shè)計(jì)解決方案，進(jìn)而得出結(jié)論。由此可見，抽象思維是學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用物理知識(shí)的強(qiáng)大助力。所以，在實(shí)施高中物理教學(xué)時(shí)，教師要狠下功夫，著力引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象思考，促使其發(fā)展抽象思維能力。物理抽象思維是以物理概念為思維材料，以觀察、分析、類比、判斷、推理、綜合等為主要形式，探尋客觀事物運(yùn)動(dòng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)客觀事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系的過程［1］。在物理課堂上，教師要以物理抽象思維的內(nèi)涵為指引，以物理概念、判斷推理等為重點(diǎn)，結(jié)合不同課型，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)用適宜的方式培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維。

一、新授課中的抽象思維培養(yǎng)

物理概念、物理原理等是物理新授課的基本內(nèi)容，這些內(nèi)容是物理學(xué)家們“去偽存真”的結(jié)果，具有抽象性。物理學(xué)家在進(jìn)行研究時(shí)，往往先對事物進(jìn)行分析和比較，由此抽象出事物的本質(zhì)特征，并剔除非本質(zhì)特征，建構(gòu)出簡潔的物理模型。這一過程正是物理學(xué)家進(jìn)行抽象思考的過程。因此，在新授課上，教師可以以物理學(xué)家的研究過程為參照，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象思考，使學(xué)生采用適宜的物理思維方法，逐步掌握物理概念、原理等。

例如，在“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”一課的教學(xué)中，筆者列舉了一個(gè)學(xué)生熟悉的例子—飛機(jī)起飛。飛機(jī)起飛的過程包括兩種直線運(yùn)動(dòng)：水平方向的直線運(yùn)動(dòng)、豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)。立足這兩種運(yùn)動(dòng)，筆者展示運(yùn)動(dòng)圖像，引導(dǎo)學(xué)生剖析運(yùn)動(dòng)合成與分解的基本規(guī)律。在剖析的過程中，學(xué)生進(jìn)行形象思考，發(fā)現(xiàn)具體現(xiàn)象并進(jìn)行分析、比較，抽象出三大規(guī)律：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)之間具有等時(shí)性；合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)的共同作用產(chǎn)生的效果相同；分運(yùn)動(dòng)之間存在獨(dú)立性。立足于此，筆者引導(dǎo)學(xué)生綜合探究問題：平拋運(yùn)動(dòng)可以分解為哪些運(yùn)動(dòng)？在探究問題的過程中，學(xué)生積極思考，自覺類比，發(fā)現(xiàn)平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。之后，筆者按照此方式，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、整合，探究水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)。在這樣不斷探究的過程中，學(xué)生逐步發(fā)現(xiàn)了平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。借此機(jī)會(huì)，筆者鼓勵(lì)學(xué)生自主進(jìn)行分析綜合、類比演繹，將相關(guān)規(guī)律遷移到更為復(fù)雜的斜拋運(yùn)動(dòng)。這樣的教學(xué)方式，不僅讓學(xué)生經(jīng)歷了物理知識(shí)的形成過程，使其深刻理解物理知識(shí)，還讓學(xué)生獲得了分析綜合、類比演繹的機(jī)會(huì)，由此掌握物理思維方法，積累物理思維經(jīng)驗(yàn)，有效促進(jìn)了學(xué)生物理抽象思維能力的發(fā)展。

二、習(xí)題課中的抽象思維培養(yǎng)

習(xí)題課是學(xué)生解決物理問題的重要平臺(tái)，抽象思維是學(xué)生解決物理問題的有力支撐［2］。同時(shí)，在解決物理問題的過程中，學(xué)生的抽象思維也會(huì)得到發(fā)展。因此，教師要重視習(xí)題課，并以此為立足點(diǎn)，應(yīng)用合理的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維。

建立物理模型是解決物理問題的重要方式，在習(xí)題課中，教師要綜合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生歸納建立物理模型的一般步驟：審題—分析—找出主因—抽象物理對象模型和過程模型—確定物理變化過程中所滿足的定性和定量規(guī)律—建構(gòu)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式—運(yùn)算求解。此步驟涉及分析與綜合、比較與分類、建模等方法，有助于學(xué)生發(fā)展抽象思維能力。在學(xué)生掌握建立物理模型的一般步驟后，教師還應(yīng)依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置相關(guān)題目，促使學(xué)生經(jīng)歷數(shù)學(xué)建模過程，鍛煉抽象思維。

例如，筆者提出以下問題：“在水平力F的作用下，木塊在水平面上由靜止開始運(yùn)動(dòng)。在木塊前進(jìn)S米后撤去水平力F，木塊仍沿著原來的方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。前進(jìn)了3秒后，木塊停止運(yùn)動(dòng)，則摩擦力f是多少？”面對此問題，學(xué)生基本能做到知識(shí)遷移，從題中獲取關(guān)鍵信息，沿著建立物理模型的步驟進(jìn)行分析和思考，從而得出不同的問題解決方法。如有學(xué)生依據(jù)物理模型建構(gòu)步驟，確定物體在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中有兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，于是依據(jù)問題條件繪制出兩種運(yùn)動(dòng)圖像，借此對物體在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的受力情況展開分析。又如，有學(xué)生依據(jù)物理模型建構(gòu)步驟，綜合分析物體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，運(yùn)用動(dòng)能定理進(jìn)行分析、計(jì)算。由此可見，在解決問題的過程中，學(xué)生靈活應(yīng)用物理模型建構(gòu)步驟，有助于他們自主進(jìn)行分析與綜合、比較與分類等。由此，學(xué)生不但加深了對所學(xué)知識(shí)的理解，積累了解決問題的經(jīng)驗(yàn)，還自然而然地鍛煉了物理抽象思維，提升了物理學(xué)習(xí)效率。

三、實(shí)驗(yàn)課中的抽象思維培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科不可或缺的一部分。在物理實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要認(rèn)真操作、細(xì)心觀察，借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象感知物理原理，由此發(fā)展抽象思維。觀察力敏銳的學(xué)生可以透過直觀現(xiàn)象，快速抓住事物的特征和本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)事物間的內(nèi)在聯(lián)系，借此理解抽象的物理原理［3］。教師要把握好實(shí)驗(yàn)課時(shí)機(jī)，鼓勵(lì)學(xué)生對原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方案等進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可行性，以此培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維。

（一）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，完善具體實(shí)驗(yàn)

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)離不開抽象思維。同時(shí)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)可以使實(shí)驗(yàn)愈加完善，便于學(xué)生進(jìn)行抽象思考，理解實(shí)驗(yàn)原理。部分物理實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容、設(shè)備、方法等方面存在問題。在實(shí)驗(yàn)課上，教師要善于發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)問題，以此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象思考，探尋改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法，具體完善實(shí)驗(yàn)。

例如，在“磁場對通電導(dǎo)線的作用力”這節(jié)課中，教材在“通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力”的內(nèi)容中給出了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置。

在課堂上，筆者引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置和所學(xué)物理知識(shí)，制作原理解釋圖。在制作解釋圖的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，θ越大，通電直導(dǎo)體所受到的安培力越大。此時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)上述實(shí)驗(yàn)裝置僅能定性地確定通電直導(dǎo)線所受安培力的大小與方向。在這一問題的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生運(yùn)用開放思維，探尋解決問題的對策。在探尋對策的過程中，學(xué)生以所學(xué)的物理知識(shí)為基點(diǎn)，進(jìn)行綜合、比較，重設(shè)實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行原理解釋，確定新的實(shí)驗(yàn)裝置的可行性。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

在此實(shí)驗(yàn)裝置中，通電后的通電直導(dǎo)體受到安培力的作用，與此同時(shí)，通電直導(dǎo)體主要有兩種受力情況：F+F安=Mg，F(xiàn)=F安+Mg。依據(jù)彈簧秤示數(shù)變換△F的情況，我們可以較為直觀地獲知F安的大小與方向。

實(shí)踐證明，學(xué)生通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，不但能順其自然地進(jìn)行抽象思考，鍛煉抽象思維能力，還可以借助觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，抽象出物理規(guī)律，由此加深對物理知識(shí)的理解。

（二）開發(fā)模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是促使學(xué)生進(jìn)行抽象思考的活動(dòng)［4］。受到多種因素的影響，如造價(jià)高、操作要求高等，有的學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)器材不夠完善。在這樣的情況下，學(xué)生難以動(dòng)手操作，無法經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，從而影響抽象思維的發(fā)展。為解決此問題，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪^程也是學(xué)生經(jīng)歷抽象思考，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的過程。具體而言，在開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，學(xué)生需綜合所學(xué)物理知識(shí)，分析實(shí)驗(yàn)原理，應(yīng)用聯(lián)想、類比、分析等抽象思維方法，選擇適宜的材料創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

例如，判斷摩擦力的方向是許多學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，主要原因在于相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)趨勢等概念較為抽象。對此，筆者鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行遷移學(xué)習(xí)，開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪^程中，學(xué)生聯(lián)想摩擦力的相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)調(diào)用生活經(jīng)驗(yàn)，選用毛刷作為實(shí)驗(yàn)材料。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生動(dòng)手操作，細(xì)心觀察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，總結(jié)規(guī)律。如，有學(xué)生將毛刷放在桌面上，用手輕輕拉動(dòng)毛刷，讓毛刷的上部微微移動(dòng)。此時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)毛刷的下部因?yàn)槭艿阶烂婺Σ亮Φ挠绊懚o止于桌面上，同時(shí)，刷毛微微彎曲。結(jié)合此現(xiàn)象，學(xué)生意識(shí)到刷毛與桌面之間有靜摩擦力的作用。之后，學(xué)生繼續(xù)操作，在毛刷上方放置砝碼，演示連接體間的摩擦力。

通過開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)儀器模型，學(xué)生獲得了抽象思考的機(jī)會(huì)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中，學(xué)生充分發(fā)揮抽象思維的作用，從直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中抽象出物理結(jié)論，由此扎實(shí)鞏固物理知識(shí)。

四、課外活動(dòng)中的抽象思維培養(yǎng)

課外活動(dòng)是重要的課型，是對物理教學(xué)的拓展，是課堂知識(shí)走進(jìn)生活的“橋梁”。培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的目的之一是使其體驗(yàn)生活，并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決生活中的問題［5］。生活中的物理問題多種多樣，為學(xué)生提供了許多抽象思考的機(jī)會(huì)。因此，教師要以現(xiàn)實(shí)生活為抓手，組織課外活動(dòng)，促使學(xué)生進(jìn)行抽象思考，解決實(shí)際問題，以此增強(qiáng)物理教學(xué)效果。

例如，現(xiàn)實(shí)生活中存在各種關(guān)于圓周運(yùn)動(dòng)的問題，如火車轉(zhuǎn)彎問題、汽車過橋問題等。在學(xué)生學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)內(nèi)容后，筆者從現(xiàn)實(shí)生活入手，設(shè)置諸多生活化問題，引導(dǎo)學(xué)生與小組成員合作解決。有生活化例題如下：一輛質(zhì)量為4 t的汽車，從半徑為50 m的拱形橋上駛過，在行駛過程中，汽車始終保持5 m/s的速率。此時(shí)，汽車所受阻力是車與橋面壓力的0.05倍。請問，當(dāng)汽車經(jīng)過橋面最高點(diǎn)時(shí)，其牽引力是多少？

在解決這一問題的過程中，學(xué)生會(huì)應(yīng)用抽象思維方法，如分析、類比等，將生活問題與物理內(nèi)容建立聯(lián)系，繼而使用物理知識(shí)解決問題。在學(xué)生解答問題后，筆者組織交流活動(dòng)。在活動(dòng)中，學(xué)生介紹了不同的解題思路和方法，發(fā)散了思維，積累了豐富的抽象思考經(jīng)驗(yàn)。

結(jié)語

綜上所述，新授課、習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)課和課外活動(dòng)都是培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的重要途徑。在開展高中物理教學(xué)時(shí)，教師要立足物理學(xué)科特點(diǎn)，重視對學(xué)生抽象思維的培養(yǎng)，尤其要以新授課、習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)課和課外活動(dòng)為立足點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)用多樣的方式給予學(xué)生抽象思考的機(jī)會(huì)，促使學(xué)生應(yīng)用抽象思維方法，經(jīng)歷抽象思考過程，從物理現(xiàn)象中抽象出本質(zhì)，由此掌握物理知識(shí)，發(fā)展抽象思維能力，增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)效果。

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