朱建武

(江蘇省如東縣馬塘中學(xué),江蘇 如東 226401)

培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力的探討①

朱建武

(江蘇省如東縣馬塘中學(xué),江蘇 如東 226401)

抽象思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分,本文結(jié)合高考物理試題的解析，闡明高中物理教學(xué)中培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生抽象思維能力的有效路徑.

中學(xué)物理；抽象思維;核心素養(yǎng);培養(yǎng)能力

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要由“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等方面的要素組成,而這些要素之間存在著密不可分、相輔相成的關(guān)系.優(yōu)化學(xué)生思維品質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生思維能力,是其中“科學(xué)思維”這一要素的根本,并早已成為包括高中物理在內(nèi)的許多學(xué)科共同的育人目標(biāo).無(wú)可置疑,學(xué)生的思維品質(zhì)和思維能力是物理學(xué)科的核心素養(yǎng),而抽象思維能力是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，抽象思維是運(yùn)用概念、判斷、推理等思維形式,對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)進(jìn)行間接的、概括的反映的過(guò)程.在物理教學(xué)中如果離開(kāi)了抽象思維,那就談不上思維品質(zhì)和思維能力,同樣談不上科學(xué)思維;沒(méi)有科學(xué)思維,物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等都無(wú)從談起.本文以2016年的幾道高考物理題為例,探討在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力的有效路徑.

1 由個(gè)別到一般,學(xué)會(huì)歸納,夯實(shí)抽象思維的基礎(chǔ)

高中物理教學(xué)是從“運(yùn)動(dòng)學(xué)”開(kāi)始的,在引導(dǎo)學(xué)生去研究、發(fā)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過(guò)程中,應(yīng)該開(kāi)發(fā)和利用好課程資源，讓學(xué)生從個(gè)別運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象去分析、比較,逐步歸納并揭示出一般的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和規(guī)律,這是最典型、最常見(jiàn)的抽象思維過(guò)程,也是“運(yùn)動(dòng)學(xué)”教學(xué)中最基本、最有效的教法和學(xué)法.高一學(xué)生首先研究了“自由落體運(yùn)動(dòng)”,由個(gè)別事例的歸納發(fā)現(xiàn)了一般規(guī)律:只要從靜止開(kāi)始,并只在重力作用下,所有物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(運(yùn)動(dòng)快慢和運(yùn)動(dòng)軌跡)都是完全一樣的.后來(lái)研究了“平拋運(yùn)動(dòng)”,運(yùn)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的觀點(diǎn),揭示出它的一般規(guī)律:只要從相同的水平速度開(kāi)始,并只在重力作用下,所有物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(運(yùn)動(dòng)快慢和運(yùn)動(dòng)軌跡)也都是完全一樣的.對(duì)于“自由落體運(yùn)動(dòng)”和“平拋運(yùn)動(dòng)”這兩個(gè)“個(gè)別”情形,再進(jìn)一步歸納,就能經(jīng)過(guò)抽象思維得出更“一般”的規(guī)律:如果“初始條件”相同,即初速度v0相同,并且“只受重力”,即加速度a相同,那么它們的運(yùn)動(dòng)情況一定相同;一個(gè)物體做什么運(yùn)動(dòng),是由“初始條件”和“加速度”這兩個(gè)要素共同決定的.因此,只受重力的拋體運(yùn)動(dòng),包括平拋或斜拋運(yùn)動(dòng),如果初速度v0大小、方向相同,其運(yùn)動(dòng)軌跡與物體的質(zhì)量沒(méi)有關(guān)系.

例1(2016年江蘇高考)：有A、B兩小球,B的質(zhì)量為A的兩倍.現(xiàn)將它們以相同速率沿同一方向拋出,不計(jì)空氣阻力.圖1中①為A的運(yùn)動(dòng)軌跡,則B的運(yùn)動(dòng)軌跡是( ).

A. ① B. ② C. ③ D. ④

圖1

顯然,由個(gè)別到一般,學(xué)會(huì)歸納,是訓(xùn)練學(xué)生抽象思維的必由之路,也是培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的基礎(chǔ).

2 由一般到特殊,學(xué)會(huì)演繹,體驗(yàn)抽象思維的意義

在培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生“科學(xué)思維”等核心素養(yǎng)的過(guò)程中,我們不僅要重視讓學(xué)生去探究、發(fā)現(xiàn)和掌握基本的物理規(guī)律,也要激發(fā)學(xué)生靈活運(yùn)用“一般”規(guī)律,去具體分析和解決“個(gè)別或特殊”的問(wèn)題,在由此及彼的演繹、推理中,使學(xué)生深切體驗(yàn)到抽象思維的作用.

例2(2016年江蘇高考)：如圖2所示,兩質(zhì)量相等的衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),用R、T、Ek、S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動(dòng)能、與地心連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積.下列關(guān)系式正確的有( ).

圖2

A.TA>TBB.EkA>EkB

要學(xué)好物理,必須善于抽象思維，而通過(guò)抽象思維掌握的一般規(guī)律,只有在靈活演繹和運(yùn)用中,才能體驗(yàn)到艱苦的抽象思維成果所具有的實(shí)用意義和“苦”中之樂(lè).

3 善分析，多綜合,重視推理,熟悉抽象思維的過(guò)程

抽象思維的過(guò)程是艱苦的,更是快樂(lè)的.面對(duì)復(fù)雜的具體問(wèn)題,善于分析才能發(fā)現(xiàn)“特點(diǎn)”,多方綜合才能抓住“聯(lián)系”,利用“特點(diǎn)”和“聯(lián)系”才能進(jìn)行判斷和推理,使得抽象思維的過(guò)程并不“抽象”.學(xué)生不斷親歷和熟悉了分析、綜合、推理的抽象思維過(guò)程,自然可以熟能生巧、輕車熟路.

例3(2016年上海高考)：如圖3,始終豎直向上的力F作用在三角板A端,使其繞B點(diǎn)在豎直平面內(nèi)緩慢地沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一小角度,力F對(duì)B點(diǎn)的力矩為M,則轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中( ).

圖3

A.M減小,F增大

B.M減小,F減小

C.M增大,F增大

D.M增大,F減小

如果沒(méi)有深刻分析得出“力矩平衡”的定量表達(dá)式,如果不能綜合推理出力F1的表達(dá)式,就不能實(shí)現(xiàn)有理有據(jù)的抽象思維.

4 建模型，用規(guī)律,強(qiáng)化抽象思維的應(yīng)用

善分析，多綜合,重視推理,能夠熟悉抽象思維的過(guò)程;建模型，用規(guī)律,就能強(qiáng)化抽象思維的應(yīng)用.

例4(2016年江蘇高考)：小球從一定高度處由靜止下落,與地面碰撞后回到原高度再次下落,重復(fù)上述運(yùn)動(dòng),取小球的落地點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系,豎直向上為正方向,下列速度v和位置x的關(guān)系圖像中,能描述該過(guò)程的是( ).

5 識(shí)準(zhǔn)圖，列對(duì)式,由圖到式,是突出抽象思維的關(guān)鍵

圖像問(wèn)題是全國(guó)各地歷年高考物理試題中的常見(jiàn)熱點(diǎn)題型,它一方面直觀地反映了物理量之間的變化關(guān)系,另一方面圖像中蘊(yùn)含的內(nèi)在信息及其本質(zhì)特征具有抽象性.解決圖像題,必須經(jīng)過(guò)抽象思維,同時(shí)必須突出抽象思維的一個(gè)關(guān)鍵:首先深刻、準(zhǔn)確地分析，識(shí)別圖像中隱含的信息和條件,再根據(jù)圖像和文字中的所有條件及規(guī)律,列出關(guān)系式.由圖到式,這是運(yùn)用抽象思維解決圖像題至關(guān)重要的一步.

例5(2016年上海高考)：地面上物體在變力F作用下由靜止開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng),力F隨高度x的變化關(guān)系如圖4所示,物體能上升的最大高度為h,h

圖4

解析:“在變力F作用下由靜止開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng)”,并且“能上升的最大高為h”,所有上升過(guò)程中物體先以v0=0作加速運(yùn)動(dòng)、再作減速運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)v=0.圖像表明變力F隨高度x的增大而均勻減小,設(shè)加速階段加速度大小為a1、減速階段加速度大小為a2,根據(jù)牛頓第二定律有F-mg=ma1和mg-F=ma2,因此a1是減小的、a2是增大的,“加速度有最大值時(shí)”一定在“剛開(kāi)始”和“最高點(diǎn)”兩個(gè)時(shí)刻,其高度分別為h1=0和h2=h.

識(shí)準(zhǔn)圖、列對(duì)式,由圖到式,既是抽象思維的一種飛躍,也是培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力的一種重要途徑.

6 畫好圖，健全式,圖式并用,是提升抽象思維能力的階梯

物理問(wèn)題中的“圖”包括物理情景示意圖、受力分析圖、矢量關(guān)系圖以及各種物理量之間的關(guān)系圖像，“式”則包括物理量的定義式和決定式、物理規(guī)律的表達(dá)式和推論式、運(yùn)用物理概念規(guī)律而得的物理量之間的關(guān)系式.所謂“圖式并用”,指解析物理問(wèn)題時(shí)既能讀圖、識(shí)圖、作圖、用圖,又能列式、變式、推導(dǎo)式、討論式,綜合運(yùn)用圖和式,由圖到式、由式到圖,從而得心應(yīng)手地解決問(wèn)題,這其中抽象思維功不可沒(méi).

例6(2016年江蘇高考)：如圖5所示,傾角為α的斜面A被固定在水平面上,細(xì)線的一端固定于墻面,另一端跨過(guò)斜面頂端的小滑輪與物塊B相連,B靜止在斜面上.滑輪左側(cè)的細(xì)線水平,右側(cè)的細(xì)線與斜面平行.A、B的質(zhì)量均為m.撤去固定A的裝置后,A、B均做直線運(yùn)動(dòng).不計(jì)一切摩擦,重力加速度為g.求:

(1)A固定不動(dòng)時(shí),A對(duì)B支持力的大小N;

(2)A滑動(dòng)的位移為x時(shí),B的位移大小s;

(3)A滑動(dòng)的位移為x時(shí),A的速度大小vx.

圖5

解析:(1)B受三共點(diǎn)力處于平衡狀態(tài),畫出受力關(guān)系圖,列出力在垂直斜面方向上的關(guān)系式,即得N=mgcosα.

第(1)問(wèn)中畫好受力圖,第(2)問(wèn)中深刻揭示運(yùn)動(dòng)關(guān)系，畫好矢量關(guān)系圖,然后“由圖到式”完成了抽象思維的突破;第(3)問(wèn)運(yùn)用瞬時(shí)速度的定義和類比思維,推理出速度關(guān)系式,完成了抽象思維的提升.圖式并用,實(shí)實(shí)在在地成為提升學(xué)生抽象思維能力的重要階梯.

7 結(jié)語(yǔ)

在高中物理教學(xué)中,無(wú)論學(xué)習(xí)物理知識(shí),還是解決物理問(wèn)題,抽象思維無(wú)處不在，不僅要使學(xué)生打好抽象思維的基礎(chǔ),體驗(yàn)抽象思維的意義,而且讓學(xué)生要熟悉抽象思維的過(guò)程,強(qiáng)化抽象思維的應(yīng)用,并且讓學(xué)生能夠突出抽象思維的關(guān)鍵,登上提升抽象思維能力的階梯.培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的抽象思維能力,是我們培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的責(zé)任所在,我們義不容辭,必須盡力達(dá)成.

[1] 林招君,蔡千斌.“素養(yǎng)為本”科學(xué)教學(xué)的原則、策略與途徑[J].物理教學(xué),2016,(7).

[2] 朱建武.讓學(xué)生在“學(xué)會(huì)比較”中“主動(dòng)發(fā)現(xiàn)”[J].物理教師,2014,(1).

[3] 朱建武.學(xué)好物理 其實(shí)簡(jiǎn)單[J].物理之友,2015,(2).

①名師簡(jiǎn)介：朱建武，江蘇省高中物理特級(jí)教師、正高級(jí)教師，江蘇省優(yōu)秀教育工作者，南通市高中物理學(xué)科帶頭人，主要研究中學(xué)物理教學(xué).