李俊永+王長(zhǎng)江

摘要：針對(duì)如何提高中學(xué)物理概念教學(xué)的效率問(wèn)題，借鑒中學(xué)物理“思維型”課堂理論對(duì)概念教學(xué)進(jìn)行研究，以人教版高中物理“功”的教學(xué)為例，從引入概念、形成概念、運(yùn)用概念、反思小結(jié)四個(gè)環(huán)節(jié)探討中學(xué)物理概念教學(xué)的相關(guān)問(wèn)題.

關(guān)鍵詞：“思維型”課堂；概念教學(xué)；物理概念

物理概念是物理思維的細(xì)胞，是建構(gòu)物理知識(shí)體系的基石.物理規(guī)律的建立和表達(dá)都需要以最基本、最核心的物理概念為支撐，解決物理問(wèn)題需要對(duì)物理概念有深入的理解.高中物理概念的抽象性與深刻性對(duì)學(xué)生的認(rèn)知能力提出了很高要求，怎樣有效、高效地開(kāi)展概念教學(xué)從而提高物理教學(xué)的效率，是物理教學(xué)中一貫而又非常重要的問(wèn)題.本文將要探討的是如何將“思維型”課堂的基本原理應(yīng)用到概念教學(xué)當(dāng)中去.

1思維型課堂教學(xué)的核心思想與基本原理[1]

當(dāng)下許多物理教學(xué)中學(xué)生對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)處于“學(xué)而不思”的狀態(tài)，被動(dòng)接受現(xiàn)象相當(dāng)普遍，他們根本不重視概念的學(xué)習(xí)，認(rèn)為概念的學(xué)習(xí)對(duì)于解題無(wú)足輕重.對(duì)此，王長(zhǎng)江副教授也有類(lèi)似的看法[2].中學(xué)物理“思維型”課堂理論為解決這樣的共性問(wèn)題打開(kāi)了一扇窗口.思維型課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)課堂教學(xué)中師生活動(dòng)的核心是“思維活動(dòng)”，通過(guò)引發(fā)學(xué)生積極思考、主動(dòng)探究的加速認(rèn)知過(guò)程.在教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)以誘發(fā)思維動(dòng)機(jī)為特征的教學(xué)導(dǎo)入，以引發(fā)思維動(dòng)力為特征的教學(xué)過(guò)程，以進(jìn)行思維監(jiān)控為特征的教學(xué)反思，以達(dá)到靈活思考為目的的應(yīng)用遷移.

11認(rèn)知沖突

認(rèn)知沖突指在認(rèn)知發(fā)展的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)無(wú)法同化或順應(yīng)當(dāng)前情景中出現(xiàn)的問(wèn)題時(shí)在心理上形成的矛盾狀態(tài).在教學(xué)場(chǎng)域中這種矛盾的狀態(tài)是學(xué)生思維發(fā)展的內(nèi)在重要驅(qū)動(dòng)力，教師應(yīng)當(dāng)依據(jù)教學(xué)的目標(biāo)和重點(diǎn)在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”不斷地創(chuàng)設(shè)“兩難情景”，形成認(rèn)知沖突鏈，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展.

12自主建構(gòu)

自主建構(gòu)包括認(rèn)知建構(gòu)和社會(huì)建構(gòu).認(rèn)知構(gòu)建強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地將知識(shí)進(jìn)行自我經(jīng)驗(yàn)化的處理，已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)新知的基礎(chǔ)并且需要在不斷激活中與新知產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的聯(lián)系；社會(huì)建構(gòu)則強(qiáng)調(diào)課堂中師生、生生間的互動(dòng)為教學(xué)中最基本、最重要的人際關(guān)系，不僅關(guān)注行為情感互動(dòng)，更關(guān)注思維的互動(dòng).

13應(yīng)用遷移

學(xué)習(xí)的目的在于將習(xí)得知識(shí)、能力遷移到新的問(wèn)題情境中去.產(chǎn)生遷移的重要條件是學(xué)習(xí)者能在新舊問(wèn)題情境中概括出共同要素.

14思維監(jiān)控

學(xué)習(xí)者應(yīng)對(duì)自己的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行有意識(shí)的反思，診斷檢查自己的思維過(guò)程，尋找和檢查自己在學(xué)習(xí)中所達(dá)到的結(jié)果是否符合設(shè)置的目標(biāo).

2教材內(nèi)容的分析及概念流程圖

人教版中“功”這一節(jié)內(nèi)容編排在物理·必修2的第七章第二節(jié).在此之前初中物理教材已經(jīng)對(duì)功這一概念做了簡(jiǎn)單的介紹，高中物理也對(duì)直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)中力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系做了詳細(xì)的研究.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，功概念的深入研究是對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”這一核心物理概念的深化，是物理學(xué)習(xí)方法論的重大轉(zhuǎn)變與認(rèn)識(shí)論的重大超越.與功相伴隨的是“能量”這一重要核心概念，所以功與這兩大核心概念有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系.繼功之后教材又介紹了功率這一基本概念，功的地位使其成為“能量”的核心概念.功與能量的抽象性使得不少學(xué)生感到困難，也造成了學(xué)生不可能一次性地徹底掌握功的內(nèi)涵與外延，利用初中階段對(duì)功的特殊性研究來(lái)代替高中階段的一般性肯定是不合適的，為此，功的研究應(yīng)當(dāng)做到遵循規(guī)律由淺入深地進(jìn)行.《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求是：舉例說(shuō)明功是能量轉(zhuǎn)化的量度，理解機(jī)械功的概念，知道功是標(biāo)量，理解正、負(fù)功的意義，會(huì)用動(dòng)能定理計(jì)算功.

基于以上分析結(jié)合對(duì)教材文本解讀，本節(jié)課的思維活動(dòng)以下面3個(gè)基本知識(shí)為內(nèi)容：

①力對(duì)位移的累積效應(yīng)為功；

②恒力功表達(dá)為力、位移及其夾角余弦值的乘積；

③功的計(jì)算及對(duì)其結(jié)果的討論.

對(duì)上面的3個(gè)基本知識(shí)，筆者設(shè)計(jì)了表1中所展示的6個(gè)基本問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的思維能力.

31創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，啟動(dòng)學(xué)生思維活動(dòng)程序

中學(xué)物理“思維型”課堂要求教師要不斷地創(chuàng)設(shè)問(wèn)題的情境，通過(guò)問(wèn)題啟動(dòng)學(xué)生的思維.亞里斯多德說(shuō)過(guò)：“思維開(kāi)始于疑問(wèn)與驚奇，問(wèn)題啟動(dòng)思維”，這需要教師創(chuàng)造適合概念建立的情景，精心的設(shè)計(jì)問(wèn)題.概念教學(xué)應(yīng)設(shè)法創(chuàng)造思維情境，組織學(xué)生的思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的物理抽象能力、概括能力、判斷能力和綜合分析能力.本環(huán)節(jié)圍繞“為什么要研究功這一概念？”這一問(wèn)題展開(kāi)，以培養(yǎng)分析與類(lèi)比能力.

片段一巧用“斜面”，尋找不變量，提出新的問(wèn)題

師：如圖2所示，質(zhì)量為m可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊分別從光滑斜面的頂端A點(diǎn)沿傾角為θ1、θ2、θ3滑下時(shí)，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)思考，運(yùn)動(dòng)快慢和位置高低各有什么樣的共同特征？

生：位置越來(lái)越低，速度越來(lái)越大.

師：物塊沿傾角為θ2的斜面滑下，重力沿斜面方向的下滑分量與下滑距離的乘積是多少？這個(gè)乘積與傾角的變化有沒(méi)有必然的聯(lián)系？

生：這個(gè)乘積是mgsinθ2·hsinθ2=mgh，與傾角的變化沒(méi)有必然聯(lián)系.

師：結(jié)合斜面考慮上面的兩個(gè)問(wèn)題，當(dāng)物塊下滑過(guò)程中其動(dòng)能增大同時(shí)重力勢(shì)能也跟著減小，在這兩種能量變化的過(guò)程中，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了不論斜面的傾角怎么變化，重力沿斜面方向的分量與下滑距離的乘積始終為mgh，且緊密聯(lián)系能量的變化.

評(píng)析通過(guò)斜面引導(dǎo)學(xué)生得出不變量mgh的過(guò)程中，借助兩個(gè)問(wèn)題把學(xué)生的思維引向深入，特別是第二個(gè)問(wèn)題的設(shè)計(jì)恰處在學(xué)生認(rèn)知的最近發(fā)展區(qū)，激起了學(xué)生思維的漣漪.第二個(gè)問(wèn)題的解答，既鍛煉了學(xué)生的分析能力，又潛在的回答了“為什么要引入功”（功是能量轉(zhuǎn)化的量度）這一問(wèn)題，還進(jìn)一步把學(xué)生的思維活動(dòng)引向知識(shí)的最新發(fā)展區(qū)，為片段二的進(jìn)行埋下了伏筆.

片段二借用“史料”，明晰必要性，引出功的概念endprint

師：人們對(duì)mgh的認(rèn)識(shí)，最早源于早期工業(yè)革命發(fā)展的需要.工程師們認(rèn)為在燃燒同樣多的燃料時(shí)可以利用機(jī)械舉起的重量與舉起高度的乘積來(lái)反映機(jī)械干活的多少，從而比較蒸汽機(jī)的優(yōu)劣，并把mg與h的乘積稱(chēng)之為功.最后科學(xué)家科里奧利明確地把作用于物體上的力和受力點(diǎn)沿力的方向的位移的乘積叫做“力的功”.

生：哦，原來(lái)這樣?。▽W(xué)生發(fā)出驚嘆聲）

評(píng)析通過(guò)展示早期工業(yè)革命時(shí)期的老照片來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，增加物理學(xué)的厚重感，讓學(xué)生體會(huì)到物理概念的建立是為了解決特定的問(wèn)題而引入的，并非隨意而為之.片段二從物理學(xué)史的正面回答了建立“功”這一概念的必要性，同時(shí)學(xué)生發(fā)出驚嘆聲正源于對(duì)機(jī)械功“前生今世”的徹悟.至此思維路徑已打開(kāi)，思維的內(nèi)驅(qū)力得到充分的啟動(dòng).

32巧設(shè)問(wèn)題鏈條，驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維發(fā)展

物理教學(xué)的有效性在于教學(xué)的邏輯性，有邏輯的教學(xué)能夠使得教學(xué)變得有效.中學(xué)物理“思維型”課堂需要用最富邏輯性的問(wèn)題鏈條串接學(xué)生的思維認(rèn)知序列，不斷調(diào)整學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)知序，使其在思維活動(dòng)中產(chǎn)生認(rèn)知沖突從而產(chǎn)生心靈的震顫，達(dá)到對(duì)思維過(guò)程的推進(jìn)，一步步地促成物理概念教材序向個(gè)體認(rèn)知序轉(zhuǎn)化，最終形成正確概念.本環(huán)節(jié)主要圍繞“如何研究機(jī)械功”和“研究機(jī)械功需要經(jīng)歷怎樣的研究過(guò)程”這兩個(gè)基本問(wèn)題展開(kāi)，以培養(yǎng)學(xué)生的推理、遷移和解釋的能力.

片段3激發(fā)認(rèn)知沖突，產(chǎn)生求知欲望

師：同學(xué)們，請(qǐng)仔細(xì)看看初中教材對(duì)功的表述，再看看你現(xiàn)在的教材，這兩者有什么不同？你有沒(méi)有自己的疑問(wèn)？（展示初中物理教科書(shū)階段對(duì)功的表述）

生：都有兩個(gè)要素且用乘積表達(dá)功，功的單位沒(méi)有變，現(xiàn)在的教材把距離變成了位移，但距離與位移表達(dá)的含義不同，如果此時(shí)再分別與力的大小相乘，那么計(jì)算的結(jié)果會(huì)相同嗎？

師：好，其他同學(xué)是不是也有類(lèi)似的看法呢？

生：嗯.（點(diǎn)頭）

師：嗯，其實(shí)老師也有這個(gè)疑惑.大家先把問(wèn)題留在這里，等一會(huì)你就知道謎底了.

評(píng)析該片段的設(shè)計(jì)目的在于讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，出現(xiàn)求知的欲望.該情景中，緊扣初高中對(duì)概念呈現(xiàn)方式的不同，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)其中的差異并產(chǎn)生心理上的未解答狀態(tài)，利用學(xué)生急于求解的心理，教師急轉(zhuǎn)課堂方向把學(xué)生的思維走向帶入未解問(wèn)題求解的過(guò)程中，此時(shí)學(xué)生的心理狀態(tài)是期待.

片段4探尋方法線感知思維方向，形成正確概念

師：如圖3所示，根據(jù)功的定義恒力F對(duì)物塊做了多少功？

生：W=Fl.

師：圖3中的力F不但對(duì)物塊做了功而且大小為Fl.大家思考這樣一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)恒力F與運(yùn)動(dòng)方向成某一角度時(shí)，力F還對(duì)物塊做功嗎？如果做了功其值是多少？請(qǐng)你自己在練習(xí)本上畫(huà)出情境圖并加以分析.（投影學(xué)生的草圖）

生：應(yīng)該可以的，將力F沿位移的方向和垂直于位移的方向正交分解就行了，力的垂直分量與位移垂直不做功，力的水平分量與位移方向一致做功大小為W=F1l=Fcosα·l（至此，教師展示圖4指出這種分解的重要性）

師：是不是只能分解力到位移所在直線和垂直于位移的方向，力是矢量可以分解，那么位移呢？（請(qǐng)兩位同學(xué)上黑板演示解題，可請(qǐng)教老師和下面同學(xué)，下面同學(xué)可相互研究，最終得到W=F·lcosα的結(jié)論）

師生共同總結(jié)：求解恒力功可以直接使用W=Flcosα，α為力與位移共起點(diǎn)時(shí)的夾角，也可以先正交分解力再求解分力與位移的功求解，還可以先正交分解位移再求解力與分位移的功.這也就能夠回答為什么距離變成位移的問(wèn)題，因?yàn)榇硕咴跀?shù)學(xué)處理上是一致的.

評(píng)析思維型課堂強(qiáng)調(diào)教師對(duì)學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的引導(dǎo)，使學(xué)生能夠自主完成知識(shí)的自主認(rèn)知建構(gòu)和與別人交流學(xué)習(xí)當(dāng)中知識(shí)的社會(huì)建構(gòu)，也注重教師對(duì)學(xué)生思維方法的引導(dǎo).該情景的研究方法從特殊走向一般，又由一般回歸特殊.將力與位移共線的情形轉(zhuǎn)向有夾角的情形，問(wèn)題由特殊轉(zhuǎn)為一般，問(wèn)題解決的性質(zhì)迫使學(xué)生啟動(dòng)自我系統(tǒng)對(duì)問(wèn)題加以甄別，尋找解決的辦法，在學(xué)生的心理上又再次產(chǎn)生了認(rèn)知沖突.學(xué)生將力進(jìn)行正交分解是自主建構(gòu)的過(guò)程，分解位移為社會(huì)建構(gòu)的過(guò)程.正是正交分解這一方法的使用溝通了特殊與一般的關(guān)系，又將一般化為特殊，思維加工的內(nèi)在動(dòng)力得到激發(fā).

33精選物理習(xí)題，應(yīng)用原理深化活化概念

物理習(xí)題的選擇要能很好的匹配所學(xué)習(xí)的新概念，用新概念解決新的物理情境下的物理問(wèn)題.本環(huán)節(jié)的基本問(wèn)題是：如何理解正、負(fù)功的內(nèi)涵？如何理解功是標(biāo)量？分別用以培養(yǎng)學(xué)生的分析、分類(lèi)和比較、善于分析的思維能力.

片段5應(yīng)用習(xí)題理解概念意義

師：下面請(qǐng)大家認(rèn)真完成課本59頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”[3]的第一個(gè)題目（圖5），并和周?chē)瑢W(xué)比對(duì)結(jié)果，看看你能發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題.

生：甲圖中力F做功103J，乙圖為-103J，丙圖中為103J.功的結(jié)果有正、負(fù)的區(qū)別.

師：正、負(fù)號(hào)是怎么引入的？

生：正、負(fù)號(hào)由力與位移的夾角引入，當(dāng)夾角為銳角時(shí)cosθ為正值，功就為正值；當(dāng)夾角為鈍角時(shí)cosθ為負(fù)值，功就為負(fù)值.

師：同學(xué)們仔細(xì)思考，夾角有沒(méi)有特殊情形？

生：為90°時(shí)，cosθ值為0，功此時(shí)為0J；180°時(shí)，W=-Fl.

師：大家請(qǐng)看課本58頁(yè)的三幅圖片，你能不能從力的效果上說(shuō)說(shuō)功的正負(fù)的含義嗎？

生：力做正功時(shí)力為動(dòng)力，力做負(fù)功時(shí)為阻力，不做功時(shí)速度大小不增不減.

評(píng)析該習(xí)題選自課后練習(xí)與前面知識(shí)相對(duì)應(yīng)，既應(yīng)用了功的計(jì)算公式，又將研究的方向轉(zhuǎn)到正負(fù)功的意義上來(lái).整個(gè)過(guò)程發(fā)展了學(xué)生提取、執(zhí)行、實(shí)施的認(rèn)知過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)知識(shí)是怎樣被應(yīng)用的.

片段6增加習(xí)題梯度，穩(wěn)定思維結(jié)構(gòu)

習(xí)題展示：如圖6所示，在光滑水平面上，物體受兩個(gè)相互垂直的大小分別為F1=3N和F2=4N的恒力，其合力在水平方向上，從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)10m，求：endprint

（1）F1和F2分別對(duì)物體做的功是多少？代數(shù)和為多大？

（2）F1和F2合力為多大？合力做功是多少？

師：所示習(xí)題第一問(wèn)和第二問(wèn)的結(jié)果分別是什么？（將學(xué)生分成兩大組分別解決第一、二問(wèn)）

生（組1）F1和F2對(duì)物體做的功為W=W1+W2=18J+32J=50J.

生（組2）F=F21+F22=5N，合力F的功為W=Flcos0°=50J.

師：你們有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)令你感到驚奇的事情？你能根據(jù)平行四邊形定則解釋它嗎？

生：做功的結(jié)果一樣.功應(yīng)該是個(gè)標(biāo)量.

師生共同總結(jié)：功為標(biāo)量.合力功的計(jì)算可先求解分力功，再求其代數(shù)和，亦可先求解合力，據(jù)公式計(jì)算合力功.

評(píng)析穩(wěn)定的思維結(jié)構(gòu)只有在多次運(yùn)用概念并解決問(wèn)題的過(guò)程中才能形成，良好的思維只有通過(guò)對(duì)知識(shí)的實(shí)踐才能得到更好的發(fā)展.期間，知識(shí)的深化活化過(guò)程得以完成.

3.4回顧思維脈絡(luò)，反思物理概念建立過(guò)程

傳統(tǒng)概念教學(xué)將重點(diǎn)落實(shí)在了理解深化與活化的部分，思維型課堂不僅強(qiáng)調(diào)概念在應(yīng)用中的理解，也同等重要的強(qiáng)調(diào)思維監(jiān)控在反思小結(jié)中的作用.思維監(jiān)控使得學(xué)習(xí)心理變得立體化，學(xué)生應(yīng)該認(rèn)識(shí)到自己的思考過(guò)程是怎樣進(jìn)行的，而不是具體的學(xué)到了多少知識(shí).反思環(huán)節(jié)著重圍繞“合力功的計(jì)算需要用到哪些基本的物理方法？”來(lái)進(jìn)行，具體通過(guò)師生、生生間的相互問(wèn)答來(lái)實(shí)現(xiàn)，充分地將功概念教學(xué)中所蘊(yùn)藏的科學(xué)研究方法、思維路徑提煉出來(lái).

4教學(xué)的反思

概念教學(xué)中需要以學(xué)生思維活動(dòng)為核心巧妙地設(shè)計(jì)問(wèn)題串，不斷激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，在師生、生生、組間和組外互動(dòng)交流中完成知識(shí)的建構(gòu)，不論是概念的形成還是深化活化乃至最后的反思小結(jié)都需要學(xué)生覺(jué)察到自己的學(xué)習(xí)活動(dòng)，并不斷調(diào)整自己的思維活動(dòng).筆者感受到“激疑——探析——建構(gòu)——深化——反視”讓整節(jié)課充滿了生命感，也覺(jué)得對(duì)思維型課堂具體模式和策略的不斷探索應(yīng)當(dāng)成為每一位物理教育工作者教研自覺(jué).

參考文獻(xiàn)：

[1] 王長(zhǎng)江，中學(xué)物理思維型課堂教學(xué)研究[M].北京：科學(xué)教育出版社，2015：13-15

[2] 王長(zhǎng)江，胡衛(wèi)平 中學(xué)物理“思維型”課堂中概念的教學(xué)探討[J].2015（7）：2-6

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材開(kāi)發(fā)中心普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理必修2[M].北京：人民教育出版社，2010：59endprint