谈谈物理教学中物理思想的体现和物理思维的培养

发表时间:2020/12/11   来源:《中小学教育》2020年第25期   作者:朱光娅
[导读] 物理课堂教学中物理思想的体现在于抓住物体运动变化的前提条件
        朱光娅
        重庆市南川第三中学校,重庆 408400
        摘要:物理课堂教学中物理思想的体现在于抓住物体运动变化的前提条件,运动变化的过程及特点,和该过程遵循的规律。让学生在学习过程中通过分析物体运动变化时具有的前提条件、过程中显示的运动特点、以及总结和领悟相应的规律,以此达到对学生进行相应的思维训练。
        关键词:物理思想的体现;物理思维的培养
        物理就是研究物体运动变化规律的一门自然学科。即是说物理研究的对象是自然界中的物体,研究的内容是规律——是物体运动和变化的规律。既然是规律,那就有严格的逻辑思维,所以在教学过程中就要培养学生严密的逻辑思维能力(也就是物理思维)。就是说要学生不仅知道“是什么”(结果),更重要是要理解为什么是这样(运动变化的过程以及遵循的规律)。
        所以在一节物理课里要体现出的“物理思想”就是要求学生明确:(1)我们研究学习的对象是谁(什么物体);(2)物体运动变化的前提条件是什么,是怎样运动变化的(过程)、这个过程有什么特点、结果怎样;(3)总结提炼出这一运动变化的过程遵循什么样的规律。这就是老师们常常说的构建物理模型。
        在教学中又怎样体现出对学生“物理思维”的培养呢?我以为首先让学生通过学习知道我们要研究的主体是什么。然后引导学生去认识、分析物体为什么会发生运动变化(运动变化的条件或原因),在这个条件下进一步分析物体运动变化的过程有什么特点。再分析总结提炼出该物体运动遵循的物理规律。并在这个过程中恰当地进行横向和纵向的拓展,就达到了培养和提升学生的物理思维能力。在这个过程中又引导学生进一步总结,建立起相应的物理模型。就是说在这一个从认知到分析、提炼、总结、提升的过程就是一个对学生的物理思维进行培养的过程。由此可以总结说只要我们看到物体的运动具备了这一条件和运动特点,就可以用对应的规律来解决。就学生来说:常常是一听就懂,但就是独立做不起作业。究其原因一就是学生没有真正理解“规律”本身适用的条件和物体运动变化具有的特点,只停留在规律的字面本身;二是没有仔细审题、弄清题中表述的物体运动变化具有的条件和具备的特点,没有与相应的规律对应起来。所以会一作就错。因此老师在具体的培训学生的物理思维(也就是通过举例子)时,就要引导学生去分析物体运动变化具有的前提条件,有什么特点,用什么规律来解决。
        每一个章节的物理内容都有它的“物理思想”和应该培养的“物理思维”。
        例如:第十七章第一节《探究电流于电压、电阻的关系》。我谈一点这一节实验课的物理思想:前提是给导体(电阻)加上电压,结果是在电路中有了电流;而电压这个条件发生改变,就导致电流改变;电阻又阻碍电流的通过,不同的导体也影响着电流的大小。所以实验课的目的就是通过学生实验来探究和发现其中的规律。
        这一节要培养的能力是多方面的。有实验原理的分析能力,实验设计能力,实验操作能力,实验数据的收集分析能力。
        首先实验原理的分析能力。引导学生通过分析认知到导体(电阻)是实验研究的对象,因同一导体的电阻是一定的(初中是这样认为的);电压是形成电流的原因,是前提条件,是一个变量;电流的形成是结果,是随电压而改变的。即是对同一个用电器而言,电流随电压而变化。而不同的导体对电流的阻碍效果又不同,所以改变不同的导体(电阻),电流的大小也会不同。
        第二是实验设计能力。设计出原理图:第一是研究“导体(电阻)”的电流、电压,就要测量出电阻的电流和电压值,因此设计出测量电路;还需要提供电压的“电源”而设计出电源电路。因为要研究其规律,就需要多次测量,从多组数据的变化中寻找规律,需要补充滑动变阻器,完善电源电路。

根据这些需要而设计出完整的电路图。在准备器材时又要引导学生分析,根据表的量程和实际的器材以及便于数据分析,选择合适的电源、滑动变阻器、调节电压的变化规律等等。最后还要设计出记录数据的表格,要求能记录电压、电流变化的多组数据和改变电阻的变化数据。
        第三是学生的实验操作能力。在这个能力中,电路的连接和检查、滑动变阻器的使用(使电压数值有规律的变化)、读表、数据的记录等等都进一步得到训练。
        第四是数据分析处理能力。对比分析一个表格中的数据,观察电压的规律变化,再观察电流的规律变化,再对比每一组电压电流值变化的,分析总结出变化规律“电阻不变时,电流与电压成正比”。第二是运用图像分析,即是将表格中的数据绘制成坐标图(正比例图像),由数学知识分析可知电流与电压的变化规律。再分析第二表格数据,得出同样的结果。而最终才可以下结论。因为规律的发现和总结不能凭一次实验数据就可以得出的,还要经过多次实验的验证才能下定论。同理将两个表格的数据进行分析,改变(增大)了电阻值,电流怎么变化(最好是在相同电压的前提下),分析确定出“电压一定时,电流与电阻成反比”的结论。
        以上这些能力的训练都是在老师的引导下去完成。老师要设置好相应的问题,让学生在问题的带领下去完成这一个能力训练的过程。
        初中物理课体现的物理思想和要求的物理思维要浅一些,常常是给出条件和相应的现象,去探究其中的联系和规律。高中物理要体现的物理思想和物理思维就要深层次高层次些,则常常是只给出现象,要我们去通过现象分析这个现象产生的原因和条件,物体运动变化的过程及特点,进一步探究出其变化的规律,并将其规律应用于生活解决相应的物理问题。
        如高中物理中《牛顿第一定律》。不少老师以为这一节内容在初中就已经学习过,没有什么讲的。我则以为需要花功夫教学好这一节。我以为这一节要体现的物理思想有:伽利略实验证明了运动物体会停下来的原因是物体在运动过程中受到了摩擦(阻力)。牛顿通过各方面的经验总结:力是改变物体运动状态的原因(而不是维持运动的原因)。
        而物理思维的培养也贯穿整个过程:从亚里士多德结论到伽利略实验,到牛顿定律的得出。
        2000多年前的亚里士多德的总结,尽管结论是错误的,但是在那个年代有那么善于观察生活现象,善于动脑筋思考问题的精神是积极的,是值得我们学习的(从观察到思考就是一种思维的训练)。
        伽利略的斜面实验。为了验证自己的猜想而设计了斜面实验。一次一次地减小斜面的倾斜程度(滚动的路程增加了),小球在这个光滑的斜面上都能滚到同样的高度;进而推测将斜面做得很长,放得很平缓,小球也能滚到同样的高度;然后推理小球在光滑的水平面上就一直运动下去。反之推理,生活现象中运动物体之所以要停下来是因为受到了阻力的作用。(从实验到合理的推理)
        牛顿在前人的基础之上总结得出:一切物体在不受力的作用时——这“不受力”三字是指所有的外力,而不仅是“阻力”(这是前提);在这个前提下结果是:总保持静止状态或匀速直线运动状态,直到有外力改变这种状态为止——这里一是强调了方向不变、速度不变的运动状态,还补充了静止的状态,也强调了力才是改变运动状态的原因,也为“牛顿第二定律”奠定了基础。
        我以为这才是在这一节课里面应该重视的物理思维的培养,同时也在这里面要求学生学习的科学家们的精神和品质。
        我以为每一堂课都有相应的物理思想和要培养的物理思维,我们要站得高点(心中有物理思想)、看得远点(培养学生物理思维和能力)、钻得深点(挖掘出教材的物理思想和要培养学生的能力),拓得宽点(从多角度培养学生的思维能力)。所以我们老师要带着物理思想去读懂教材、备好课,紧扣当堂课的物理思想上好课。课堂上在指导学生学习教材、读懂教材、分析物体运动变化和总结的过程中来培养学生的物理思维,再通过作业练习来进一步训练学生的物理思维。
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