賀向向 李衛(wèi)東 劉艷峰

(延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,陜西 延安 716000)

物理學(xué)源于自然,透過物理可以更好地融入自然并探索自然中存在的奧秘.在物理教學(xué)中,教師應(yīng)加強培養(yǎng)學(xué)生探索自然的科學(xué)精神,并塑造學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì),進(jìn)而提升科學(xué)素養(yǎng).筆者通過近幾年的教學(xué)實踐,發(fā)現(xiàn)物理習(xí)題在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識與技能的同時,也在間接地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì).在此,筆者基于學(xué)生思維障礙的成因,以習(xí)題教學(xué)為例深入探討了培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的措施,為我國新課改目標(biāo)順利達(dá)成打下基礎(chǔ).

1 學(xué)科思維障礙剖析

物理學(xué)一直被賦予了“抽象學(xué)科”的稱號,由于大多數(shù)生活中的物理現(xiàn)象太過朦朧,比如:力、聲音、電場、磁場等.我們無法具體描述它們的形狀、大小,因此學(xué)生在做題時出現(xiàn)思維障礙是難免的.通過對學(xué)生平時課堂練習(xí)、課后作業(yè)、以及檢測試卷中的分析,發(fā)現(xiàn)學(xué)生在對知識的理解與應(yīng)用、對習(xí)題的解讀和答題時的思維方式等方面存在一定的障礙.[1]表1是筆者對思維障礙類型及歸因的分析.

表1 “物理思維障礙”類型與歸因分析

續(xù)表

2 塑造學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)的途徑

2.1 細(xì)心研題,使物理現(xiàn)象數(shù)學(xué)化,加強思維嚴(yán)謹(jǐn)性的訓(xùn)練

思維的嚴(yán)謹(jǐn)性是指思考問題一絲不茍、有理有據(jù)、邏輯思維周密.[2]審題時思維要敏感,首先得注意題中給出的直觀條件,并聯(lián)想相關(guān)物理知識;其次當(dāng)題意比較復(fù)雜時,通過分析語句深入挖掘隱藏信息,再將題中已知的條件與所學(xué)物理概念或知識對號入座.如此將有利于避免物理前概念對學(xué)生思維的影響以及學(xué)生對知識的混淆,更是加強了思維嚴(yán)謹(jǐn)性的訓(xùn)練,可謂是一箭雙雕.

圖1

例1.如圖1所示,一個下極板接的平行板電容器,且與電動勢為E的直流電源(內(nèi)阻不計)連接,電容器中的P點有一帶電油滴且恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動d1的距離,則

(A) 帶電油滴將沿豎直方向向上運動.

(B)P點的電勢將降低.

(C) 帶電油滴的電勢能將增加.

(D) 極板帶電荷量和電容器的電容均減小.

分析目的:學(xué)生可以既快又準(zhǔn)地挖掘出題中隱含的信息,同時將其轉(zhuǎn)化為所學(xué)的物理符號或公式,在讀題中訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、周密、有序的思維品質(zhì);在對信息的轉(zhuǎn)換中,有效地幫助學(xué)生回顧物理概念與知識,以及檢測他們對知識的熟練程度.可見細(xì)心審題以及學(xué)會轉(zhuǎn)化物理信息更好地為知識若隱若現(xiàn)的思維障礙提供了行之有效的思維方法.

2.2 增設(shè)STS習(xí)題,加強遷移性思維的訓(xùn)練

遷移思維是指人腦根據(jù)已獲取的知識、技能和方法來促進(jìn)新的知識、技能和方法的獲取的思維能力.教學(xué)中的遷移思維是指學(xué)生通過所學(xué)已有知識對新知識的促進(jìn)與干擾,遷移性思維是進(jìn)行終生教育的主要手段之一.[3]近幾年在新課標(biāo)的推動下,我國教育更注重學(xué)生各方面綜合素質(zhì)能力的提升,在習(xí)題中增設(shè)一些貼近生活的新現(xiàn)象、新科技,以給予信息材料的方式呈現(xiàn)新知識,進(jìn)而通過考察學(xué)生對新現(xiàn)象、新問題的分析解決能力的途徑來突破思維定式.

圖2 電子天平結(jié)構(gòu)

例2.某電子天平結(jié)構(gòu)如圖2，整個裝置由E形磁鐵組裝而成,磁極寬均為L,且中心是S極,兩側(cè)是N極且之間的磁感應(yīng)強度大小均為B(忽略邊緣效應(yīng)).電子天平工作原理:一正方形線圈骨架與秤盤組合為一個整體,且套于中心磁極上,線圈兩端C、D與外電路連接.當(dāng)質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時,秤盤和線圈一起隨著彈簧的壓縮向下運動,但保持骨架與磁極不接觸,隨后外電路對線圈供電,秤盤和線圈恢復(fù)到起始狀態(tài)保持靜止,由此通過對應(yīng)的電流I就可以確定重物的質(zhì)量.已知線圈的電阻為R,匝數(shù)為n,重力加速度為g.問:

(1) 供電電流I是從C端還是從D端流入?求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系.

(2) 設(shè)線圈中消耗的功率最大為P,那么該電子天平最多能稱量多重的物體?

解析: (1) 外加電流從D端流入.

設(shè)線圈受到的安培力為FA,

由FA=mg和FA=2nBIL，得

(2) 設(shè)稱量物體的最大質(zhì)量為m0.

分析目的:以上類型的題千姿百態(tài),而所有題的出現(xiàn)方式都與本題類似.以本題為例分析:題中詳細(xì)介紹了電子天平的原理并給出了結(jié)構(gòu)圖,看似陌生但卻將無形的物理知識應(yīng)用到有形的物體中,通過新舊知識的同化、順應(yīng)有效地解決了電磁感應(yīng)問題,達(dá)到知識正遷移的效果.可見STS習(xí)題中配有許多物理科學(xué)研究中的新成果、新技術(shù)、新信息,增設(shè)STS習(xí)題既有助于將抽象的物理學(xué)融入生活,又可以使學(xué)生透過習(xí)題了解當(dāng)代科技的迅猛發(fā)展以及社會的進(jìn)步與物理這一學(xué)科的密切聯(lián)系,有效地訓(xùn)練學(xué)生遷移思維.

2.3 轉(zhuǎn)抽象為具體,加強思維的深刻性的訓(xùn)練

思維的深刻性是指思維活動的廣度、深度和難度.它表現(xiàn)為智力活動中深度思考問題,善于透過現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì)和規(guī)律.[4]自組織理論認(rèn)為要表現(xiàn)思維的深刻性,必須使大腦的認(rèn)知狀態(tài)從平衡態(tài)過渡到非平衡態(tài),這樣才能是學(xué)生的思維在原來認(rèn)知結(jié)構(gòu)的平衡態(tài)下,通過外來事物的刺激而被同化或順應(yīng),從而變革為新的平衡態(tài).轉(zhuǎn)抽象為具體可更好地將生活現(xiàn)象與問題聯(lián)系在一起,從而削弱思維定式的錯誤性以及消除知識的負(fù)遷移現(xiàn)象,促進(jìn)學(xué)生深刻性思維品質(zhì)的發(fā)展.

例3.在某學(xué)校門口有一減速帶,有一輛警車正以20m/s的最大速度從學(xué)校門口駛過追趕逃犯,當(dāng)警車距離前方減速帶50m時,發(fā)現(xiàn)逃犯正騎電動車并以10m/s的速度勻速通過減速帶,而警車需勻減速到5m/s后再立即以2.5m/s2的加速度繼續(xù)追趕.(在整個過程中警車與逃犯均在水平直道上運動)求從警察發(fā)現(xiàn)逃犯到追到逃犯需要的時間.

思路點撥:已知警車與人相距50m，

vmax=20m/s,v人=10m/s.

2a1s1=vmax2-v末2.

x車=s1+s2+vmax(t-t1-t2)，x人=v人t，

追上條件x車+50=x人，得t=12.5s.

分析目的:本題過程比較復(fù)雜,學(xué)生在讀題時需要有針對性地圈出主要的運動過程,然后及時與研究對象對號入座,防止遺忘或漏掉其中所提供的信息,并采用物理現(xiàn)象數(shù)學(xué)化的方法做答.利用上述解題方法可將復(fù)雜的運動過程進(jìn)行有序的整理,并將抽象的相遇追及問題轉(zhuǎn)化為具體的物理生活現(xiàn)象,透過生活現(xiàn)象挖掘問題的本質(zhì),使思維活動從舊的平衡態(tài)變革到新的平衡態(tài),加強思維的深刻性訓(xùn)練.

2.4 巧思妙解,加強思維獨創(chuàng)性訓(xùn)練

思維的獨創(chuàng)性是指在學(xué)生在學(xué)習(xí)知識時善于探尋新的方法,在遇到問題時善于尋找新穎的層次或交接點.[5]主要體現(xiàn)在敢于打破傳統(tǒng)的思維方式,并將獨特的思維與想象的結(jié)合在一起,從不同的角度認(rèn)識和探索事物.

圖3

例4.如圖3所示,可自由移動的金屬棒PQ、MN水平放置在兩條光滑軌道上,MN的左邊有一閉合電路,現(xiàn)給金屬棒PQ施加一個外力使其運動,這時MN向右運動,則PQ可能做的運動是

(A) 向右加速運動. (B) 向左加速運動.

(C) 向右減速運動. (D) 向左減速運動.

程序法(正向推理法)：

圖4

逆向推理法.

圖5

分析目的:在解題中結(jié)合自己的巧思秒解,既可以擺脫學(xué)生思維定式的障礙,又可以拓寬思維能力;通過不同方法的新穎組合,使學(xué)生更深層次的體會物理的奧妙以及感受物理學(xué)之美,有助于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)．

3 結(jié)束語

習(xí)題是目前考察學(xué)生對某一學(xué)科掌握情況的主要途徑,透過習(xí)題可以發(fā)覺學(xué)生思考物理問題時存在的思維障礙．教師結(jié)合有效的習(xí)題教學(xué)且在消除思維障礙的基礎(chǔ)上,深入探討了使學(xué)生思維品質(zhì)更上一層樓的有效措施．以上通過細(xì)心研題、增設(shè)STS習(xí)題、轉(zhuǎn)抽象為具體、巧思妙解等策略既將物理學(xué)中零散的物理知識拼湊成生機勃勃的物理現(xiàn)象,又為習(xí)題中存在思維障礙的學(xué)生提供了有效的解題方法,并在訓(xùn)練學(xué)生的思維品質(zhì)的基礎(chǔ)上提升了科學(xué)素養(yǎng)．