指向深度思維發(fā)展的高中物理課堂教學(xué)策略

【摘要】本文聚焦于高中物理課堂教學(xué)中深度思維的發(fā)展，基于思維鏈的視角展開探討.提出指向深度思維發(fā)展的高中物理思維鏈構(gòu)建策略，通過具體的教學(xué)實踐案例展示思維鏈在教學(xué)中的應(yīng)用，并對其實踐效果進行評估，分析學(xué)生在知識掌握和思維能力提升等方面的表現(xiàn)，總結(jié)優(yōu)點和不足.

【關(guān)鍵詞】高中物理；深度思維；課堂教學(xué)

1 引言

深度思維的培養(yǎng)對于學(xué)生理解物理本質(zhì)、解決復(fù)雜問題以及未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展至關(guān)重要［1］.因此，探索如何在高中物理課堂中促進學(xué)生深度思維的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義［2］.本研究旨在通過對思維鏈在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用進行深入研究，提出有效的教學(xué)策略，以提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的思維能力.

2 指向深度思維發(fā)展的高中物理思維鏈構(gòu)建策略

2.1 以實驗探究為起點激發(fā)思維鏈

（1）精心策劃有趣且極具挑戰(zhàn)性的物理實驗.如在講解“平拋運動”時，可以進行如下對比實驗設(shè)置：準(zhǔn)備兩個完全相同的彈性小球，一個放置在具有一定傾斜角度且光滑的軌道頂部，使其能夠做平拋運動；另一個放置在相同高度的豎直光滑軌道頂部，使其做自由落體運動.同時，在軌道底部鋪上柔軟且顏色鮮明的緩沖墊，以便清晰標(biāo)記小球的落點.在軌道旁安裝高速攝像機，用于捕捉小球的運動軌跡.

（2）引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察實驗現(xiàn)象.要求學(xué)生關(guān)注小球的速度變化、最終落點、運動軌跡的彎曲程度等.同時，為學(xué)生提供觀察記錄表，讓他們及時記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)和獨特現(xiàn)象.

（3）積極鼓勵學(xué)生質(zhì)疑.如“怎么探究平拋運動水平方向的運動是勻速直線運動？平拋運動的軌跡方程是怎樣的？實際生活中有哪些平拋運動的例子？”激發(fā)學(xué)生的好奇心和深入探究的欲望，成功開啟思維鏈.

2.2 借助模型建構(gòu)延伸思維鏈

（1）全面而深入地介紹常見物理模型.

例如 在講解“質(zhì)點”模型時，以研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)為例.首先，通過高清的宇宙圖片和生動的動畫演示，向?qū)W生展示地球和太陽之間極其遙遠的距離及兩者巨大的尺寸差異.接著，運用數(shù)學(xué)計算，對比地球的半徑和日地距離，讓學(xué)生直觀地感受到在研究地球公轉(zhuǎn)軌道、周期等問題時，地球的形狀和大小對結(jié)果的影響微乎其微，完全可以忽略不計，從而深刻理解質(zhì)點模型使用的條件和便利性.

（2）切實有效地指導(dǎo)學(xué)生運用模型解決具體實際問題.

例如 在分析車輛過橋問題時，首先引導(dǎo)學(xué)生將車輛簡化為質(zhì)點，計算車輛以一定速度過橋的最短時間.然后，考慮車輛的實際形狀和尺寸，計算車輛過橋時在不同位置對橋的壓力變化.引導(dǎo)學(xué)生思考：“在什么情況下可以將物體視為質(zhì)點，什么情況下不能？”通過這樣的深入探討，進一步拓展學(xué)生的思維深度.

（3）循序漸進地引導(dǎo)學(xué)生對模型進行修正和完善.

例如 在研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，從最初的“棗糕模型”開始，假設(shè)正電荷均勻分布在原子內(nèi)，電子像棗糕中的棗一樣隨機鑲嵌其中.但隨著α粒子散射實驗等新的實驗結(jié)果出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)這個模型無法解釋粒子的大角度散射現(xiàn)象.此時，引入“核式結(jié)構(gòu)模型”，通過多媒體展示電子在核外特定軌道運動的動態(tài)圖像，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進行分析.讓學(xué)生深刻體會模型不斷發(fā)展和完善的過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和批判性思維［3］.

2.3 利用問題串驅(qū)動發(fā)展思維鏈

（1）用心設(shè)計具有嚴(yán)謹(jǐn)層次和嚴(yán)密邏輯性的問題串.

例如 在學(xué)習(xí)“牛頓第二定律”時，首先提問：“我們都知道力可以改變物體的運動狀態(tài)，那么力是通過什么具體方式來引發(fā)這一改變的呢？”引發(fā)學(xué)生的初步思考.接著深入引導(dǎo)：“當(dāng)我們對一個物體施加不同大小的力時，它的運動狀態(tài)改變程度會一樣嗎？”激發(fā)學(xué)生進一步探索的欲望.接下來，更加具體地發(fā)問：“如果要定量研究加速度與力以及質(zhì)量之間的關(guān)系，我們應(yīng)該如何設(shè)計實驗？要測量哪些物理量？怎樣控制變量？”.

（2）培養(yǎng)學(xué)生自主思考的學(xué)習(xí)精神和合作探究意識.將學(xué)生分成若干小組，每個小組設(shè)計實驗方案.

例如 在驗證“牛頓第二定律”的實驗過程中，有的小組會提出利用氣墊導(dǎo)軌和力傳感器來測量力和加速度；有的小組會選擇通過重物牽引小車的方式進行實驗……教師要密切巡視各個小組，及時給予針對性的指導(dǎo)和幫助，鼓勵學(xué)生嘗試不同的實驗思路和方法.

（3）通過適時巧妙地追問和引導(dǎo)促進學(xué)生深度思維的發(fā)展.

例如 當(dāng)學(xué)生通過實驗得出“加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比”的結(jié)論時，教師進一步追問：“你們在實驗中如何精確控制力的大小和測量加速度？是否存在誤差？如果有，誤差的來源可能是什么？如何改進實驗裝置和方法來提高結(jié)論的可靠性？”通過這樣層層深入的追問，促使學(xué)生不斷完善思維鏈，鍛煉思維能力［4］.

2.4 通過知識遷移鞏固思維鏈

（1）利用情境重構(gòu)來鞏固思維鏈.

例如 在學(xué)生學(xué)完“電場”知識后，讓他們分析靜電除塵器的工作原理.首先，引導(dǎo)學(xué)生回顧電場的基本性質(zhì)，如電場強度、電勢差等概念，以及帶電粒子在電場中的受力情況和運動規(guī)律.然后，逐步深入分析靜電除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，探討帶電粒子（如灰塵顆粒）是如何在電場中獲得電荷，又是如何在電場力的作用下發(fā)生運動并最終被收集的.在此過程中，引導(dǎo)學(xué)生思考：“如果改變電場的強度或極性，對除塵效果會有怎樣的影響？靜電除塵器在實際應(yīng)用中可能會遇到哪些問題，如何解決？”

（2）通過概念和規(guī)律的升華來延伸思維鏈［5］.

例如 在學(xué)生熟練掌握了“勻變速直線運動”的速度公式和位移公式后，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)“勻變速曲線運動”在某一方向上的速度和位移公式.首先，回顧勻變速直線運動的相關(guān)公式和推導(dǎo)過程，讓學(xué)生從中總結(jié)出推導(dǎo)的思路和方法.然后，以平拋運動為例，引導(dǎo)學(xué)生分別推導(dǎo)水平和豎直方向上的速度、位移公式.在這個過程中，讓學(xué)生對比勻變速直線運動和勻變速曲線運動的異同點，從而加深對運動學(xué)規(guī)律的理解和掌握.

（3）設(shè)計綜合性的作業(yè)和任務(wù)來拓展思維鏈.

例如 讓學(xué)生設(shè)計一個簡單的自動控制電路，要求實現(xiàn)當(dāng)環(huán)境光照強度變化時，燈泡的亮度能夠自動調(diào)節(jié).為學(xué)生提供必要的電子元件，并給予一定的幫助和指導(dǎo).學(xué)生在完成作業(yè)的過程中，需要綜合運用電學(xué)中的歐姆定律、電阻定律、閉合電路歐姆定律，以及力學(xué)中的受力分析等知識.完成后，組織學(xué)生進行成果展示和交流，分享各自的設(shè)計思路和遇到的問題及解決方法，進一步強化思維鏈，顯著提高學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運用能力和解決實際問題的能力.

3 高中物理思維鏈教學(xué)的實踐案例分析

3.1 案例展示

選取人教版必修第二冊“機械能守恒定律”這一教學(xué)內(nèi)容.

3.1.1 教學(xué)目標(biāo)

（1）物理觀念：理解機械能守恒定律的內(nèi)涵，認識到機械能的轉(zhuǎn)化和守恒是自然界中的普遍規(guī)律.

（2）科學(xué)思維：通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和推理，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新思維，能夠運用機械能守恒定律解決實際問題.

（3）科學(xué)探究：經(jīng)歷實驗探究和理論推導(dǎo)的過程，掌握科學(xué)探究的方法，提高實驗操作能力和數(shù)據(jù)處理能力.

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認真、實事求是的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)科的興趣和探索精神，體會物理知識在生活中的應(yīng)用價值.

3.1.2 新課導(dǎo)入

通過播放奧運會跳水冠軍全紅嬋跳水運動全過程、翻滾過山車等視頻，由伽利略理想斜面實驗設(shè)計如下問題：（1）在伽利略理想斜面實驗中，小球在斜面B上某點停下時的高度與出發(fā)時高度相同，好像“記得”自己的起始高度，怎樣解釋？（2）怎樣解釋下坡時速度越來越大？（3）怎樣解釋上坡時速度越來越小？引發(fā)學(xué)生對物體運動過程中能量變化的思考.接著提問“這些物體在運動中，有哪些力參與做功？有哪些能量參與轉(zhuǎn)化？動能和勢能是如何相互轉(zhuǎn)化的？能量總量是否保持不變？”引導(dǎo)學(xué)生初步思考，激發(fā)其思維鏈.

3.1.3 新課教學(xué)

實驗探究：鋼球用細繩懸起，請某同學(xué)靠近，將鋼球偏至該同學(xué)鼻子處釋放擺回時，觀察該同學(xué)反應(yīng)，并讓學(xué)生分析會不會碰到鼻子.將小鋼球用細線懸掛一端固定在的小黑板上部，讓小球擺動，通過實驗發(fā)現(xiàn)，小球可以擺到跟釋放點等高處，再用釘子固定在小黑板上某點擋住細線，再觀察，發(fā)現(xiàn)小球仍然擺至和初始位置等高處.小球擺動過程中總能回到原來高度，好像“記得”自己原來的高度，說明在擺動過程中有一物理量是保持不變的，是什么呢？通過這樣的深入探討，激發(fā)其思維鏈.

理論推導(dǎo)：以一個物體從光滑斜面下滑的情景為例，在黑板上畫出物體的受力分析圖.提問學(xué)生：“在運動過程中物體受哪些力，有哪些力做功？”學(xué)生們經(jīng)過思考能夠回答出物體受重力和斜面的支持力，重力做功，支持力不做功.接著引導(dǎo)學(xué)生求解重力所做的功.然后，求出下落過程中A、B兩位置的機械能以及它們之間的數(shù)量關(guān)系.從功和能的關(guān)系出發(fā)，推導(dǎo)機械能守恒定律的表達式.在推導(dǎo)過程中，教師要逐步引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生清晰地理解每一個步驟的物理意義，借助模型建構(gòu)延伸思維鏈.

深入思考：在學(xué)生理解了機械能守恒定律的表達式后，教師提出問題：“如果斜面不光滑，機械能還守恒嗎？”讓學(xué)生分組討論，引導(dǎo)學(xué)生從做功的角度去分析.學(xué)生們經(jīng)過討論可能會得出，由于摩擦力做功，機械能不再守恒.通過這樣的深入思考，學(xué)生們能夠更深刻地理解機械能守恒定律的條件，即只有重力或彈力做功的情況下，機械能守恒.同時，設(shè)置思考問題：“如果斜面不光滑，機械能不守恒嗎，為什么會減少，那減少的能量到哪去了？”利用問題串驅(qū)動發(fā)展思維鏈.

3.1.4 知識遷移

引力勢能問題：教師提出前面學(xué)習(xí)過萬有引力，萬有引力也有做功與路徑無關(guān)的特點，因而可以引入引力勢能的概念.詳細講解地球的引力勢能為零的位置通常取在離地心無窮遠處.在地球的引力范圍內(nèi)，物體從無窮遠處移向地心的過程中，引力做正功，引力勢能從零開始不斷減小，因此引力勢能總是負值，離地心越遠，引力勢能越大.

衛(wèi)星運動問題：人造衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運行，提問：“人造衛(wèi)星在近地點和遠地點兩處哪一處的速度大？判斷的依據(jù)是什么？”鼓勵學(xué)生獨立思考，然后小組討論，分享自己的思路和方法. 學(xué)生們可能會從機械能守恒的角度出發(fā)，分析衛(wèi)星在不同位置的勢能和動能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從而得出近地點速度大的結(jié)論.教師對學(xué)生的回答進行點評和總結(jié)，鞏固學(xué)生對機械能守恒定律的應(yīng)用能力，通過知識遷移鞏固思維鏈.

3.2 效果評估

（1）知識掌握方面：通過課后作業(yè)和測驗，評估學(xué)生對機械能守恒定律、牛頓第二定律、楞次定律等概念和表達式及應(yīng)用的掌握程度.對比實施思維鏈教學(xué)前后學(xué)生在相關(guān)知識點上的掌握情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對知識理解更加深入，解題準(zhǔn)確率明顯提高.

（2）思維能力提升：觀察學(xué)生在課堂討論、實驗探究和問題解決過程中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生能夠更有條理地分析問題、提出假設(shè)、進行推理和驗證，思維的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性得到增強.

（3）學(xué)習(xí)態(tài)度轉(zhuǎn)變：通過問卷調(diào)查和學(xué)生訪談，了解到學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣提高，不再懼怕難題，能夠主動思考和探索，課堂參與度顯著提高.

（4）不足之處：部分學(xué)生在實驗操作中不夠熟練，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；在復(fù)雜問題的分析上，仍有少數(shù)學(xué)生存在思維障礙，需要進一步加強個別指導(dǎo).

【基金項目：湖南省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度課題《“三新”視域下指向深度思維發(fā)展的高中物理課堂教學(xué)策略研究》（課題立項號：XJK23CJC110）】

參考文獻：

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［2］徐艷.在高中物理教學(xué)中促使學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)的策略探究［J］.教育界，2022（02）：38-40.

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［5］林晶.指向深度學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)路徑探究——以勻變速直線運動教學(xué)為例［J］.數(shù)理化解題研究，2024（12）：74-76.