陳 懋

(浙江省海寧市斜橋中學,浙江 海寧 314406)

理性思維是一種基于經驗事實建構理想模型的抽象概念過程，是分析綜合、推理論證等方法的內化，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質.[1]它具有概念、判斷與推理3種形式.物理的理性思維包括模型建構、科學推理、科學分析、質疑創(chuàng)新等.庫恩認為，理性思維是智力發(fā)展的最終目標，教育的核心在于發(fā)展學生的思維，尤其是理性思維.科學教學的主要任務，就是幫助學生運用比較、分析、歸納等理性思維工具，對日常概念進行重新組合、提升、進而抽象概括出共同屬性，建構出科學概念.科學概念的建構過程是學生思維加工的過程.所以，通過科學概念的構建，能有效地發(fā)展學生的理性思維.[2]怎樣在物理概念教學中培養(yǎng)學生的理性思維呢？

1 畫圖說理，培養(yǎng)學生模型建構思維

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所做的一種簡化的概括性描述.模型與建模能力是提高學生理性思維的一個重要方面，建模能力被認為是學生將來從事科學研究的必備能力.科學概念本身就是模型，通過概念模型的建構，使得許多抽象的物理概念具體直觀形象化，易于學生理解.在概念教學中，教師引導學生畫圖并說理表達，促進學生概念的理解，有助于學生建模思維的發(fā)展.

圖1 重力方向

案例1： 重力概念教學.

對重力的方向，教師可以利用如圖1所示的實驗，圖1(甲)，球靜止時線向下，與水平面垂直，我們把這個方向叫做豎直向下，圖1(乙)，鐵架臺傾斜的過程中，球靜止時線的方向不變，與水平面始終垂直，說明重力的方向始終豎直向下.這句話表達兩個方面：重力的方向不變，重力的方向豎直向下.

但學生對豎直向下不理解，只認可“向下”，往往把豎直向下與垂直向下混淆.因為在水平面上，豎直向下與垂直向下是一樣的.同時學生對重力的方向始終不變也懷疑，因為這只是靜止物體的狀態(tài)，如果物體從斜面滾下，它的重力方向是否改變，學生存在疑惑.對此，采用如下畫圖說理，幫助學生理解科學概念.

任務1：如圖2，畫出物體受到的重力方向，并說明理由.

圖2 不同物體重力方向

圖3 斜面物體

圖4 不同位置的人

任務2：豎直向下與垂直向下一樣嗎？學生畫圖表示，如圖3所示，豎直向下是與水平面垂直向下，垂直向下是垂直于物體表面；無論什么物體只要是向著物體垂直的都叫垂直向下.豎直向下和垂直向下是兩個不同的概念.

任務3：請畫出每個人的重力的方向.如圖4，我們平常所說的“向下”，到底指的是什么方向？引導學生畫出每個人的水平面，然后重力的方向是與水平面垂直，學生很快就知道重力的方向都是指向地球地心.

圖5

任務4：作圖，畫出圖5中空中運動足球的重力方向.引導學生畫出水平面，重力的方向是垂直水平面向下，學生發(fā)現運動物體的重力方向也是豎直向下.

學生對豎直向下缺乏認識，本案例中通過4個小任務，讓學生明白垂直向下與豎直向下的關系，動態(tài)物體重力的方向，由淺入深，重力的方向豎直向下，其實是都指向地心.教學最大的任務不是孤立地分析一個獨立的實例，而是從孤立的實例中尋找共性，構建共同的模型，同時分析差異，找出關鍵原因.通過畫圖說理，不僅有助于提高學生讀圖說理能力， 加深對物理概念的理解，而且有助于促進學生建構模型思維的發(fā)展.

2 因果論證，培養(yǎng)學生科學分析思維

在布魯姆的理論中，判斷、分析、創(chuàng)造，并列為高階思維的3種形式.單從概念建構的狹義角度來講，科學教學就是運用概念、展開概念、完善概念，再到建構新概念的循環(huán)過程.建構概念的目的是為了運用概念做出判斷，進而形成推理.在概念教學中，教師充分了解學生頭腦中的前概念，引導學生收集大量的感性認識，進行嚴謹的分析論證，做出判斷，有助于學生科學分析思維的發(fā)展.

案例2： 功率概念教學.

學生在生活中往往把功率和效率兩個概念混淆.教師列舉一些生產事例、工作場面，或展示一些做功快慢不同的圖片，學生進行經驗分析，對做功快慢的情形有更為形象和具體的認識，從而為建立正確的“功率”概念打下良好基礎.然后列舉具體事例：在建筑工地上分別采用以下3種方式，把1 t的貨物從地面運到3樓，方式1：搬運工分批搬運，需時間3 h；方式2：用一臺起重機提升，需時1 min；方式3：用另一臺起重機提升，需時30 s；上述3種情況下，把貨物由地面運到3樓時，請思考以下問題：(1) 用不同的方式，對貨物所做的功是否相同？(2) 所用時間不同，3種方式中做功的快慢是否相同？學生進行估算，得出結論：對重物所做的功相同，但所用時間不同，說明做功快慢不同.引導學生分析有關事例，形成初步共識：人們選用機械來做功時，不僅要考慮做功多少，還要考慮機械做功的快慢.通過實際問題讓學生感性地認識做功的快慢.

追問：不同的物體做功有快有慢，如何來衡量做功的快慢呢？學生遷移速度的定義方法，要比較不同物體做功的快慢，必須同時考慮兩個因素：一個是物體做功的大?。涣硪粋€是物體做功所用的時間.因此，我們可以用單位時間內所完成的功的多少來表示做功的快慢.

教師設問：如何測量人走路的功率？課本說人步行幾十瓦，是真的嗎？學生分析需要測量路程和時間，以及人走路的摩擦力.筆者告訴學生地面瓷磚每塊1 m，人走路的摩擦力等于人的重力的0.1倍，學生發(fā)現只要測出人走路的時間就可以.測量數據如下：8塊磚，7 s，人的體重54 kg，算出功率約為60 W.

本案例中，從圖片到實例，從理論到實踐，經歷思維的加工整理，進行因果論證.在概念教學中，通過對大量的感性認識進行收集、整理、分析，將其轉化為理性的證據，再抽取出事物的本質屬性，并通過歸納與概括建構起符合客觀規(guī)律的概念，發(fā)展學生科學分析思維.

3 問題引導，培養(yǎng)學生科學推理思維

對物理現象進行分析和推理是重要的科學思維過程.科學推理是以已有的物理知識和所給的事實與條件，進行邏輯思維推導，推出正確的判斷或結論的個性心理特征.概念是人們對客觀事物本質屬性的概括，初中學生形象思維為主，抽象思維相對比較差.在物理概念教學中，創(chuàng)設問題情境，引導學生邏輯推理，參與抽象概括的全過程，培養(yǎng)學生科學推理思維.

案例3： 動能概念教學.

在學習動能概念之前，學生并不知道運動的物體是否具有能量.我們可以先讓學生了解判斷物體具有能量的依據，從能量產生的效果來判斷運動物體是否具有能量.

如果一個物體使別的物體會產生運動或變化的效應，我們就說這個物體具有能量.如圖6，子彈、流水、風是否具有能量？這些現象具有什么共同特征？學生討論后回答.圖6(甲)，子彈擊穿蘋果，運動的子彈使蘋果發(fā)生變化，說明運動的子彈具有能量；圖6(乙)，河水沖毀橋梁，運動的河水使橋梁發(fā)生變化，說明運動的液體具有能量；圖6(丙)，風把雨傘吹翻，運動的風使傘的形狀發(fā)生變化，說明運動氣體的具有能量.然后讓學生列舉生活中例子佐證.

圖6

教師再引導學生：科學希望用最為簡潔的語言來表達事物本質，上述3個素材概括為一句話，學生推理得出，運動的物體(固體、液體、氣體)具有能量.

案例4： 功概念教學.

功是力的作用在空間上的積累效應.由于學生之前沒有接觸過功，對功的概念理解自然感到困難.因此，教師利用學生的生活經驗創(chuàng)設情境，通過對實例的分析，運用已有的知識和方法，開展邏輯推理，歸納事物的本質.

從力和運動的角度分析，叉車提升貨物和人推小車，引導學生列表比較；教師追問：叉車提升貨物和人推小車兩種情況，有什么共同特點？

表1

引導學生推理得出，叉車提升貨物和人推小車雖然是不同的現象，但有共同的特點，即貨物和小車都受到了力的作用，并且都在力的方向上運動了一段距離.科學上規(guī)定，物體在力的作用下，沿力的方向通過一段距離，我們就說這個力對物體做了功.

推理是一種有據可依的科學想象.本案例中，借助圖片、表格等真實現象為出發(fā)點的有據可依的想象，是學生理性思維參與的想象過程.在概念教學中，引導學生從生活現象、實驗現象和實驗數據運用歸納、演繹與類比等推理，幫助學生理解概念，發(fā)展科學推理思維.

4 延遲評價，培養(yǎng)學生質疑創(chuàng)新思維

質疑創(chuàng)新是科學發(fā)展的動力，是科學思維的重要特征.[3]在概念教學中，針對學生的迷思概念，教師延遲評價，引導學生質疑，提出自己的見解.通過反思自我的科學性問題，培養(yǎng)學生批判性思維.通過實驗創(chuàng)新糾正自我存在的認識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維.

案例5： 慣性概念教學.

慣性是一個比較抽象的概念，7年級學生接受起來有一定的困難.教學時可以用“習慣性”來比喻.在學生沒有學習動能、動量、牛頓第二定律這些知識，讓學生通過例子記住慣性大小與物體質量有關，與速度大小無關很難，可以利用學生的錯誤經驗反證法教學.

牛頓第一定律表明，一切物體都有保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，我們把這個性質叫做慣性.我們如何理解慣性概念？師生互動，慣性即物體維持原有狀態(tài)的一種本來屬性,表現為兩個方面: 一是物體處于靜止或者勻速運動狀態(tài)時,表現為“維持其原來的靜止或者勻速運動狀態(tài)”；二是當物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變時，表現為“改變物體運動狀態(tài)的難易程度”，如果容易改變運動狀態(tài)，則說明慣性??；反之，則慣性大.

教師設問：慣性的大小與什么有關呢？有學生認為速度越大，也有學生認為質量大小是慣性大小的唯一決定因素.學生舉例，在生活中，我們都有這樣的經歷：兩車質量相同，但速度大小不同(如：甲車速度為30 km/h，乙車速度為100 km/h)，當同時剎車時乙車更難停下來，因此速度越大的物體，慣性越大.如果慣性大小與速度沒有關系，那么與“在高速公路上限速行駛是預防危害”不是自相矛盾嗎？教師延遲評價，引導學生反證，假如以上說法成立，則“物體的速度越小，它的慣性越小；物體的速度為0，它的慣性應該為0．”顯然，這個結論是錯誤的，它與“一切物體都具有慣性”是相悖的,慣性大小與速度大小是無關.

圖7

教師設問：如何設計實驗驗證慣性的大小與質量有關？學生想到用相同的力推兩個不同質量的物體，觀察物體運動狀態(tài)的改變狀況.追問：那么如何做到相同的推力呢？有學生認為用相同大小的力推物體，立即有學生提出質疑，人的主觀感覺是不正確的.最后經過全班學生討論，大家一致認為可以用一根繩把彈簧壓縮固定在兩個不同質量的物體之間，剪斷繩的瞬間，觀察兩個物體運動的距離，如圖7所示.教師提供實驗器材分小組活動，學生發(fā)現質量大的物體運動距離短，說明運動狀態(tài)改變小，慣性越大，得出結論：物體的質量越大，它的慣性越大.

本案例中，教師針對學生的迷思概念，創(chuàng)設問題情境，引導學生表達暴露自己的迷思概念，鼓勵學生提出質疑，以此來培養(yǎng)學生的批判性思維.也鼓勵學生設計創(chuàng)新實驗，收集實驗證據來證實與證否，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維.

理性思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式.[4]在物理概念教學中，教師合理設置學習情境，對大量的感性認識進行收集、整理、分析，將其轉化為理性的證據，再抽取出事物的本質屬性，建構科學概念，促進學生理性思維的發(fā)展.