段玉文

(上海市嘉定區(qū)第二中學(xué) 上海 201802)

試論培養(yǎng)中學(xué)生物理語言表征問題能力的思維操作要求*

段玉文

(上海市嘉定區(qū)第二中學(xué) 上海 201802)

中學(xué)生物理語言表征問題能力的培養(yǎng)具體體現(xiàn)為思維方式的培養(yǎng)．通過建立三維空間系統(tǒng)框架，立體呈現(xiàn)物理思維方式與物理語言表征問題的基本方式及行為動(dòng)詞、物理語言表征問題能力及反映其強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)詞語的關(guān)系．闡釋了每種思維方式及教學(xué)操作要求，例析了其在物理教學(xué)中的運(yùn)用．

物理語言 表征問題能力 思維方式 操作要求

從心理學(xué)的角度來看，思維是人的意識(shí)活動(dòng)的反映，意識(shí)是人腦對(duì)客觀存在的物質(zhì)世界的能動(dòng)的反映，而思維和語言是意識(shí)的核心．“物理語言表征”是指學(xué)生能用自己的物理語言提出問題，解釋物理概念和物理規(guī)律的內(nèi)涵，分析解題思路和解題方法，反思自己的錯(cuò)誤和修正過程．其表現(xiàn)的基本形式為：文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)公式表達(dá)、圖形圖像表示．中學(xué)生物理語言表征問題能力是指學(xué)生能識(shí)別出物理問題的物理語言表征形式，并能將其成功地運(yùn)用于問題解決的個(gè)性心理特征．物理語言表征問題能力包括：識(shí)別和分析問題的能力，新知識(shí)組塊形成的能力，選擇解決問題策略的能力，運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力．中學(xué)生物理語言表征問題能力是物理學(xué)習(xí)思維深度的反應(yīng)，外顯的語言能力與內(nèi)隱的語言能力均會(huì)通過不同的形式或途徑在學(xué)習(xí)過程中予以表現(xiàn)，物理語言表征問題能力外顯的具體模式主要包括物理語言表征的思維基本方法以及基本形式．在教學(xué)過程中，學(xué)生物理語言表征問題能力的培養(yǎng)具體體現(xiàn)在思維方式的培養(yǎng)上，下面從語言與思維關(guān)系角度出發(fā)，構(gòu)建物理語言表征問題能力的思維方式空間系統(tǒng)框架，并結(jié)合實(shí)例探討培養(yǎng)學(xué)生物理語言表征問題能力的思維方式及教學(xué)操作要求．

1 物理語言表征問題能力的思維方式空間系統(tǒng)框架

語言是思維的載體，思維是語言發(fā)展的動(dòng)力；語言的組織過程由思維完成，思維靠語言作為承擔(dān)工具或手段．反之，沒有語言的表達(dá)方式，思維就沒有實(shí)際意義．而思維又影響語言表達(dá)，制約著具體的語言表達(dá)方式和內(nèi)容．語言是思維的工具，語言對(duì)思維有概括和調(diào)節(jié)的作用，人們借助語言才能對(duì)事物進(jìn)行抽象、概括，反過來，又借助思維對(duì)人們的語言進(jìn)行調(diào)節(jié)．培養(yǎng)學(xué)生物理語言表征問題能力，就是問題的解決者以特定的方式來理解和認(rèn)識(shí)問題，把問題從任務(wù)空間轉(zhuǎn)化為一種問題空間．簡(jiǎn)單來說，就是培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題的思維方式，形成一種問題意識(shí)和習(xí)慣．

物理思維，即物理學(xué)中的科學(xué)思維．雖然培養(yǎng)學(xué)生物理語言表征問題能力可能各種物理思維方式都有運(yùn)用，但這里研究的重點(diǎn)將放在那些與物理語言表征問題有內(nèi)在聯(lián)系，在中學(xué)物理中頻繁出現(xiàn)的，形式穩(wěn)定的且卓有思維成果的思維方式上．物理語言表征問題能力外顯為方法，主要有分析、綜合、比較、抽象、概括、歸納、演繹、想象等；外顯為形式，主要是物理概念、物理判斷和物理推理等；外顯為思路或思維程序，主要是質(zhì)疑與釋疑(用觀察、實(shí)驗(yàn)、假說、檢驗(yàn)等物理方法)，以及在較具體對(duì)象中的那些針對(duì)性較強(qiáng)的內(nèi)容，如力學(xué)問題的處理思路．

學(xué)生所擁有的上述外顯在其數(shù)量與完善程度、系列化水平，以及運(yùn)用它們時(shí)所表現(xiàn)出的穩(wěn)定和熟練程度，就決定了不同學(xué)生物理語言表征問題能力的強(qiáng)弱，這里特別需要強(qiáng)調(diào)的是“它們”、“系列化水平”與“完善程度”．“它們”，這里代表物理思維方法、形式、思路諸內(nèi)容的整體．如果脫離了此處強(qiáng)調(diào)的幾種外顯，就很難從實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)確判斷一個(gè)人物理語言表征問題能力的強(qiáng)弱．例如常見一些學(xué)生解題方法運(yùn)用很穩(wěn)定和熟練，或者說解題能力很強(qiáng)，然而，這絕不意味著他的物理語言表征問題能力很強(qiáng)．因此，為了刻畫物理語言表征問題能力的強(qiáng)弱，我們選擇了“表述”、“闡述”、“解析”、“解說”、“描繪”、“示意”……系列行為動(dòng)詞來呈現(xiàn)物理語言，選擇了“科學(xué)性”、“正確性”、“深刻性”……系列標(biāo)準(zhǔn)詞語來度量物理語言表征問題能力．

為了清晰呈現(xiàn)物理思維方式與物理語言表征問題能力的關(guān)系，本文以物理語言的基本方式、物理語言表征問題的能力及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為維度，建立三維空間系統(tǒng)框架．物理語言表征問題能力的外顯(主要包括物理思維的基本方法、形式、思路與程序)，物理語言表征問題的行為動(dòng)詞，反映物理語言表征問題能力強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)詞語，這些內(nèi)容通過下列表格中的空間系統(tǒng)框架給予立體呈現(xiàn)．

表1物理語言表征問題能力的思維方式空間系統(tǒng)框架

下面結(jié)合實(shí)例具體探討培養(yǎng)學(xué)生物理語言表征問題能力的思維方式及教學(xué)操作要求．

2 物理語言表征問題能力的思維方式及教學(xué)操作要求

2.1識(shí)別和分析問題的能力

【例1】(2016年高考江蘇卷第12題)(1)在高原地區(qū)燒水需要使用高壓鍋，水燒開后，鍋內(nèi)水面上方充滿飽和汽，停止加熱，高壓鍋在密封狀態(tài)下緩慢冷卻，在冷卻過程中，鍋內(nèi)水蒸汽的變化情況為______．

A.壓強(qiáng)變小

B.壓強(qiáng)不變

C.一直是飽和汽

D.變?yōu)槲达柡推?/p>

(2)如圖1(a)所示，在斯特林循環(huán)的p-V圖像中，一定質(zhì)量理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B，C和D后再回到狀態(tài)A，整個(gè)過程由兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過程組成.B→C的過程中，單位體積中的氣體分子數(shù)目______(選填“增大”、“減小”或“不變”)，狀態(tài)A和狀態(tài)D的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布圖像如圖1(b)所示，則狀態(tài)A對(duì)應(yīng)的是______(選填“①”或“②”)．

圖1 例1題圖

(3)如圖1(a)所示，在A→B和D→A的過程中，氣體放出的熱量分別為4 J和30 J．在B→C和C→D的過程中，氣體吸收的熱量分別為20 J和12 J．求氣體完成一次循環(huán)對(duì)外界所做的功．

本題重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的識(shí)別和分析問題的能力，具體在思維方式培養(yǎng)方面，第1小題側(cè)重于“概念”這種思維形式，第2小題側(cè)重于“比較”這種思維方法，第3小題主要為“分析”這種思維形式．

2.1.1 概念

概念是揭示研究對(duì)象具有的物理屬性的一種思維形式．物理概念包含的所有內(nèi)容即為物理概念的內(nèi)涵；該概念的使用范圍，以及它解釋的一切事物，即為物理概念的外延．物理概念教學(xué)操作要求抓住物理概念的內(nèi)涵，注重文字表述物理概念的內(nèi)涵的準(zhǔn)確性．

解析:(1)抓住物理概念“飽和汽”和“飽和氣壓”內(nèi)涵中的本質(zhì)物理屬性．“如果汽跟產(chǎn)生這個(gè)汽的液體處于動(dòng)態(tài)平衡，這個(gè)汽叫做飽和汽．”在冷卻的過程中，溫度降低，鍋內(nèi)水蒸汽與鍋內(nèi)的液體處于動(dòng)態(tài)平衡，所以鍋內(nèi)水蒸汽一直是飽和汽，故C正確，D錯(cuò)誤．“水上方蒸汽的氣壓叫飽和氣壓”，只與溫度有關(guān)，在冷卻的過程中，溫度降低，液體分子的平均動(dòng)能減小，單位時(shí)間里從液面飛出的分子數(shù)減少，所以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后該飽和汽的質(zhì)量減小，密度減小，飽和汽的壓強(qiáng)減小，所以A正確，B錯(cuò)誤．

2.1.2 比較

比較是找出幾個(gè)或幾類事物間的共同點(diǎn)與差異點(diǎn)的思維方法．比較既可以在幾個(gè)部分之間比較；也可以整體之間比較．在物理思維當(dāng)中，比較的結(jié)果直接表現(xiàn)為一個(gè)物理判斷，但當(dāng)它與抽象、概括、歸納相連結(jié)時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致物理概念、模型與規(guī)律的建立．

比較的教學(xué)操作要求選擇確定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，通過描繪物理圖形圖像表征物理問題時(shí)要注意清晰性．比較首先必須有確定的標(biāo)準(zhǔn)或參照，其次應(yīng)在同一條件下進(jìn)行．對(duì)相同的對(duì)象，比較應(yīng)側(cè)重于尋找不同點(diǎn)；對(duì)不同的對(duì)象，比較應(yīng)側(cè)重其相同點(diǎn)．不論哪種情況，比較是在全面的基礎(chǔ)上展開，在本質(zhì)性的相同點(diǎn)或不同點(diǎn)上集中．本質(zhì)性的同異，乃是科學(xué)比較的重點(diǎn)．

解析:(2)由題圖1(a)知B→C的過程中氣體的體積不變，所以密度不變，即單位體積中的氣體分子數(shù)目不變；因當(dāng)溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，速率較大的分子所占百分比增高，分布曲線的峰值向速率大的方向移動(dòng)即向高速區(qū)擴(kuò)展，峰值變低，曲線變寬，變平坦，由題中圖1(a)知狀態(tài)A的溫度低，所以對(duì)應(yīng)的是①．

2.1.3 分析

分析是將研究對(duì)象先分解為部分，然后逐一加以研究的思維方法．分析的方法，便于對(duì)整體事物當(dāng)中局部的、個(gè)別的、特殊的性質(zhì)加深認(rèn)識(shí)．這一認(rèn)識(shí)是最終認(rèn)識(shí)整體事物的基礎(chǔ)．物理分析教學(xué)操作要求使新舊物理知識(shí)發(fā)生聯(lián)系，用數(shù)學(xué)公式解釋物理問題時(shí)應(yīng)注重準(zhǔn)確性．其教學(xué)核心思想是通過分析，將新的、未知的、生疏的、不會(huì)的內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為若干舊的、已知的、熟悉的、已掌握的知識(shí)，然后利用這些已掌握的物理知識(shí)對(duì)其重新進(jìn)行綜合，完成對(duì)新內(nèi)容的學(xué)習(xí)．

解析:(3)完成一次循環(huán)氣體內(nèi)能不變

ΔU=0

吸收的熱量

Q=(20+12-4-20) J=8 J

由熱力學(xué)第一定律

ΔU=Q+W

得

W=-8 J

所以氣體對(duì)外做功為8 J．

2.2新知識(shí)組塊形成的能力

【例2】(2016年高考江蘇卷第10題)小明同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系．已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10 Ω，R隨t的升高而增大．實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，控溫箱用以調(diào)節(jié)金屬電阻的溫值．

圖2 例2題圖

實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合S，先將開關(guān)K與1端閉合，調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度，分別記下溫度t1，t2，…和電流表的相應(yīng)示數(shù)I1，I2，…．然后將開關(guān)K與2端閉合，調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的實(shí)數(shù)再次為I1，I2，…，分別記下電阻箱相應(yīng)的示數(shù)R1，R2，…．

(1)有以下兩電流表，實(shí)驗(yàn)電路中應(yīng)選用______．

A.量程0～100 mA，內(nèi)阻約2 Ω

B.量程0～0.6 A，內(nèi)阻可忽略

(2)實(shí)驗(yàn)過程中，要將電阻箱的阻值由9.9 Ω調(diào)節(jié)至10.0 Ω，需旋轉(zhuǎn)圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”，正確的操作順序是______．

①將旋鈕a由“0”旋轉(zhuǎn)至“1”

②將旋鈕b由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”

③將旋鈕c由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”

(3)實(shí)驗(yàn)記錄的t和R的數(shù)據(jù)如表2所示.

表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

溫度t/℃20.040.060.080.0100.0阻值R/Ω9.610.411.112.112.8

請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出R-t圖像．

圖3 在方格紙上作出R-t圖像

由圖線求得R隨t的變化關(guān)系為R=______Ω．

本題重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的新知識(shí)組塊形成的能力，具體在思維方式培養(yǎng)方面，第(1)問側(cè)重于“歸納”這種思維方法，第(2)問側(cè)重于“概括”這種思維方法，第(3)問主要為“綜合”這種思維方法．

2.2.1 歸納

歸納是由個(gè)別性的物理判斷推出一般性的物理判斷的思維方法．學(xué)生在歸納時(shí)，通常首先是占有由物理實(shí)驗(yàn)、生活或自然中的物理現(xiàn)象、過程或結(jié)論提供的材料，再由它們找出或是共同點(diǎn)、或是特點(diǎn)、或是某種關(guān)系、或是某種規(guī)律，然后再對(duì)其進(jìn)行歸納——由這些具體的結(jié)論推出相應(yīng)的一般結(jié)論．物理歸納的教學(xué)操作要求對(duì)物理事實(shí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，尋找某種規(guī)律性，運(yùn)用數(shù)學(xué)公式對(duì)物理問題進(jìn)行解析時(shí)應(yīng)注意體現(xiàn)完整性．

解析：(1)已知電源的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，R在常溫下阻值約為10 Ω，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，電路中最大電流約為

當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大為10時(shí)，電路中最小電流約為

2.2.2 概括

概括是將對(duì)個(gè)別事物屬性的認(rèn)識(shí)推廣到同類事物的全體對(duì)象，形成對(duì)該類事物的一種普遍性認(rèn)識(shí)的思維方法．概括的特點(diǎn)是從個(gè)別對(duì)象中發(fā)現(xiàn)同類對(duì)象的共同性，當(dāng)這種共同性確實(shí)是特有的、本質(zhì)的，概括才是正確的．物理概括教學(xué)操作要求對(duì)具體物理結(jié)論進(jìn)行概括，文字概述應(yīng)體現(xiàn)全面性．

解析:(2)將電阻箱阻值由9.9 Ω調(diào)到10.0 Ω，要考慮到安全性原則，如果先把b，c旋鈕調(diào)節(jié)到零，這樣做很危險(xiǎn)，電路中的電流過大可能會(huì)損壞電表，應(yīng)該先把電阻箱阻值調(diào)大再慢慢減小，以確保電路的安全，操作步驟是先將旋鈕a由“0”旋到“1”，然后將個(gè)位數(shù)及小數(shù)位旋轉(zhuǎn)至零，所以正確地順序?yàn)棰佗冖郏?/p>

2.2.3 綜合

綜合是將分立的研究對(duì)象或分析后的各部分的結(jié)論重新結(jié)合，并納入一個(gè)新的整體認(rèn)識(shí)的思維方法．顯然，此時(shí)對(duì)事物的整體認(rèn)識(shí)，已經(jīng)明顯深化于將其分解之前的整體認(rèn)識(shí)．“重新結(jié)合”的成功關(guān)鍵，在于正確確定相互的銜接點(diǎn)．

物理綜合的教學(xué)操作要求根據(jù)物理規(guī)律進(jìn)行綜合，運(yùn)用圖形圖像示意物理問題時(shí)應(yīng)體現(xiàn)整體性．綜合方法，不是將分解后所得的單元，或是與未知物理事實(shí)發(fā)生聯(lián)系那些已知物理事實(shí)和已學(xué)過的物理知識(shí)，簡(jiǎn)單進(jìn)行與分析過程相逆的組合，而是要根據(jù)每一個(gè)單元的具體情況，找出相互間的具體銜接點(diǎn)，然后才能進(jìn)行組合．

解析：(3)描點(diǎn)畫圖，如圖4所示．

圖4 描點(diǎn)畫圖

由圖線可得R隨t的變化關(guān)系為

R=0.04t+8.8

2.3選擇解決問題策略的能力

【例3】(2016年高考北京卷第23題)如圖5所示，電子由靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，沿平行于版面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，并從另一側(cè)射出．已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，加速電場(chǎng)電壓為U0．偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)，極板間電壓為U，極板長度為L，板間距為d．

圖5 例3題圖

(1)忽略電子所受重力，求電子射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的初速度v0和從電場(chǎng)射出時(shí)沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy；

(2)分析物理量的數(shù)量級(jí)，是解決物理問題的常用方法．在解決第(1)問時(shí)忽略了電子所受重力，請(qǐng)利用下列數(shù)據(jù)分析說明其原因．已知

U=2.0×102Vd=4.0×10-2m

m=9.1×10-31kge=1.6×10-19C

g=10 m/s2

(3)極板間既有靜電場(chǎng)也有重力場(chǎng)．電勢(shì)反映了靜電場(chǎng)各點(diǎn)的能的性質(zhì)，請(qǐng)寫出電勢(shì)φ的定義式．類比電勢(shì)的定義方法，在重力場(chǎng)中建立“重力勢(shì)”φG的概念，并簡(jiǎn)要說明電勢(shì)和“重力勢(shì)”的共同特點(diǎn)．

本題重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的選擇解決問題策略的能力，具體在思維方式培養(yǎng)方面，第(1)問側(cè)重于“抽象”這種思維方法，第(2)問側(cè)重于“演繹”這種思維方法，第(3)問主要為“想象”這種思維方法．

2.3.1 抽象

抽象是指抽出研究對(duì)象的本質(zhì)內(nèi)容，舍棄非本質(zhì)內(nèi)容的思維方法．抽象是在分析、綜合與比較的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，抽象的結(jié)果要通過概括形成概念．科學(xué)抽象是物理學(xué)最重要的方法之一，它對(duì)物理學(xué)的卓越貢獻(xiàn)主要是導(dǎo)致了大量的物理概念與理想化模型的建立．眾所周知，物理概念與理想化模型是物理科學(xué)理論的主要根基之一．物理學(xué)之所以能夠大量使用科學(xué)抽象，是由于它的研究對(duì)象是復(fù)雜且相互間緊密關(guān)聯(lián)的，但在一定的條件下，并非研究對(duì)象的所有性質(zhì)對(duì)某一研究目的都起著同等程度的作用．物理抽象的教學(xué)操作要求抓住相對(duì)本質(zhì)的、主要的、共性的因素，建立物理概念或理想化模型，利用圖形圖像說明物理問題時(shí)應(yīng)體現(xiàn)完備性．

解析:(1)由圖可知，電子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)．根據(jù)功和能的關(guān)系，可得

電子射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的初速度

在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間

偏轉(zhuǎn)距離

2.3.2 演繹

演繹就是從普遍性的理論知識(shí)出發(fā)，去認(rèn)識(shí)個(gè)別的、特殊的現(xiàn)象的一種思維方法．物理演繹的一般過程是：根據(jù)已知的一般性的物理概念和規(guī)律，通過分析，確定符合該物理概念和規(guī)律所要求條件的具體對(duì)象，繼而得出具體對(duì)象的從屬，或具體對(duì)象亦具有一般性物理概念和規(guī)律所具有的特征的結(jié)論．物理演繹的教學(xué)操作要求以物理概念與規(guī)律為大前提，在物理語言的基礎(chǔ)上展開，運(yùn)用數(shù)學(xué)公式解說問題時(shí)應(yīng)體現(xiàn)連貫性．

解析:(2)考慮電子所受重力和電場(chǎng)力的數(shù)量級(jí)，有重力

G=mg=10-29N

電場(chǎng)力

由于F?G，因此不需要考慮電子所受的重力.

2.3.3 想象

想象屬于形象思維的范疇，指對(duì)已感知事物的形象回想，或指對(duì)原感知材料進(jìn)行新的組合，創(chuàng)造新的形象，或指對(duì)未感知事物，甚至客觀不存在的事物進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)想，前者稱為再造想象，后兩者稱為創(chuàng)造想象．它們?cè)谖锢韺W(xué)中均有運(yùn)用．

物理想象的教學(xué)操作要求借助想象理解物理概念和規(guī)律，文字闡述物理概念和規(guī)律時(shí)應(yīng)體現(xiàn)深刻性．在脫離觀察和實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)條件時(shí)，物理學(xué)研究是依靠對(duì)已有觀察和實(shí)驗(yàn)的形象回想(含有形象記憶表象)來輔助進(jìn)行思維方式研究的．

解析:(3)電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)φ定義為電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能Ep與其電荷量q的比值，即

由于重力做功與路徑無關(guān)，可以類比靜電場(chǎng)電勢(shì)的定義，將重力場(chǎng)中物體在某點(diǎn)的重力勢(shì)能EG與其質(zhì)量m的比值，叫做“重力勢(shì)”，即

電勢(shì)φ和重力勢(shì)φG都是反映場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量，僅由場(chǎng)自身的因素決定.

2.4運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力

【例10】(2016年高考上海卷第30題)如圖6所示，兩端封閉的直玻璃管豎直放置，一段水銀將管內(nèi)氣體分隔為上下兩部分A和B，上下兩部分氣體初溫度相等，且體積VA>VB．

(1)若A,B兩部分氣體同時(shí)升高相同的溫度，水銀柱將如何移動(dòng)？

某同學(xué)解答如下：

設(shè)兩部分氣體壓強(qiáng)不變，由

上述解答是否正確？若正確，請(qǐng)寫出完整的解答；若不正確，請(qǐng)說明理由并給出正確的解答．

圖6 例10題圖

(2)在上下兩部分氣體升高相同溫度的過程中，水銀柱位置發(fā)生變化，最后穩(wěn)定在新的平衡位置，A和B兩部分氣體始末狀態(tài)壓強(qiáng)的變化量分別為ΔpA和ΔpB，分析并比較二者的大小關(guān)系．

本題重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力，具體在思維方式培養(yǎng)方面，第(1)問側(cè)重于“質(zhì)疑”思維和“判斷”思維，第(2)問主要為這種“推理”思維．

2.4.1 質(zhì)疑

質(zhì)疑是指經(jīng)過充分地分析后提出的疑問．它貫穿于物理實(shí)驗(yàn)、思維、運(yùn)用等所有的過程之中．質(zhì)疑的高級(jí)形式表現(xiàn)為詳謬：同一個(gè)對(duì)象按不同的推理而產(chǎn)生的“相?！苯Y(jié)論．在一個(gè)物理研究的范疇確定以后，必須首先選擇需要研究和解決的問題．由于問題本身在相當(dāng)程度上決定著研究的意義，成果獲得的可能性與價(jià)值取向，因此，發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的問題又成為整個(gè)研究的關(guān)鍵之一，這也就是物理學(xué)將質(zhì)疑作為思維起始的必要性．

物理質(zhì)疑的教學(xué)操作要求鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、試作分析、提出質(zhì)疑，利用文字論述問題時(shí)應(yīng)體現(xiàn)科學(xué)性．在物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生能自覺運(yùn)用質(zhì)疑的方法，會(huì)在分析中有效地加深對(duì)物理概念規(guī)律的理解，并使所學(xué)的有關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通．

解析:(1)不正確．

水銀柱移動(dòng)的原因是升溫后，由于壓強(qiáng)變化造成受力平衡被破壞，因此應(yīng)該假設(shè)氣體體積不變，由壓強(qiáng)變化判斷移動(dòng)方向．

2.4.2 判斷

判斷是運(yùn)用已有的物理概念對(duì)所研究的物理內(nèi)容做出肯定或否定結(jié)論的一種思維形式．物理概念的定義就是一個(gè)肯定的判斷．概念內(nèi)涵、外延以及物理規(guī)律的表述也都是物理判斷．物理研究實(shí)際是由相互緊密聯(lián)系的許多物理判斷表現(xiàn)的．物理判斷的教學(xué)操作要求使用觀察、實(shí)驗(yàn)以及直覺與想象等方法對(duì)有關(guān)概念直接做出判斷，借助圖形圖像聯(lián)想解決物理問題應(yīng)體現(xiàn)靈活性．

解析:(2)正確解法：設(shè)升溫后上下部分氣體體積不變，則由查理定律可得

因?yàn)?/p>

ΔT>0pA

可知

ΔpA<ΔpB

所以水銀柱向上移動(dòng)．

2.4.3 推理

物理推理是由一個(gè)以上的物理判斷獲得另一個(gè)新的物理判斷的思維形式．物理教學(xué)中應(yīng)用比較多的一個(gè)是類比推理，另一個(gè)是數(shù)理推理．物理推理的教學(xué)操作要求借助推理解決物理問題，運(yùn)用數(shù)學(xué)公式推理解答物理問題時(shí)，注意提高思維的遷移性．

解析:(3)升溫前有

pB=pA+ph(ph為汞柱壓強(qiáng))

升溫后同樣有

兩式相減可得

ΔpA=ΔpB

3 結(jié)論

綜上所述，在培養(yǎng)學(xué)生物理語言表征問題能力的教學(xué)過程中，思維方式由于受到物理學(xué)本身及其特點(diǎn)的約束，它們已具有在物理學(xué)中的運(yùn)用特征，這些運(yùn)用特征可簡(jiǎn)略概括成以下幾點(diǎn)．

(1)分析、綜合與比較的方法滲透到整個(gè)物理語言表征問題之中．換句話說，不論用什么思維形式，是建立物理概念，還是做出物理判斷或進(jìn)行推理；不論什么思維過程，是進(jìn)行抽象，還是提出質(zhì)疑；不論是用這種方法釋疑，還是用那種方法釋疑；都離不開分析、綜合和比較．

(2)抽象和概括的方法主要用來形成物理概念，建立理想化模型，歸納與概括、演繹與概括則主要用來建立物理規(guī)律．

(3)在培養(yǎng)學(xué)生物理語言表征問題能力的教學(xué)中，各種思維方式與物理語言表征問題的基本方式及物理語言表征問題能力之間相互交織和滲透，互相作用和影響，互相推進(jìn)和制約，不僅僅局限于前面表1所在位置，而是立體交叉，彼此融合的．

思維方式是人們世界觀、價(jià)值觀以及對(duì)待事物或問題的態(tài)度和方法的統(tǒng)一表現(xiàn)，接受傳統(tǒng)教育培養(yǎng)的學(xué)生，其思維方式往往是較為單一的，這樣“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的思維方式，雖然使得問題的解決變得直接簡(jiǎn)單，但在對(duì)問題的深入研究和分析方面，以及在對(duì)學(xué)生思維培養(yǎng)方面存在著明顯的不足．在教學(xué)過程中，經(jīng)常通過物理語言來構(gòu)建教育模塊，注重文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)公式表達(dá)和圖形圖像表示等物理語言表征形式來呈現(xiàn)問題，引導(dǎo)學(xué)生從感性到理性一步步地豐實(shí)學(xué)生的認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)知識(shí)邏輯層次顯性化，勢(shì)必會(huì)使得學(xué)生的思維方式潛移默化的發(fā)生改變，有利于培養(yǎng)學(xué)生具有流通性、變通性、獨(dú)特性的思維方式，讓學(xué)生學(xué)會(huì)提出問題、思考問題、探究問題，并且成為一種思維習(xí)慣、一種需要，從而引導(dǎo)學(xué)生形成物理語言表征問題的能力，進(jìn)而提高學(xué)生解決物理問題的能力．

1 廖伯琴．中學(xué)生物理問題解決的表征差異及其成因探析.成都：四川教育出版社，2001

2 續(xù)佩君.物理能力測(cè)量研究.南寧：廣西教育出版社，1996

3 田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論.南寧：廣西教育出版社，1996

*全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃教育部重點(diǎn)課題“培養(yǎng)中學(xué)生物理語言表征問題能力的實(shí)踐研究”的階段性研究成果，課題批準(zhǔn)號(hào)：DHA140323.

段玉文(1964- )，男，中教高級(jí)，研究方向：中學(xué)物理課程、教材、教法．

2017-03-14)