初中物理教學中學生科學思維的培養(yǎng)論文
摘要：物理規(guī)律教學要基于學生的原有認識，遵循其思維發(fā)展規(guī)律，創(chuàng)設物理問題情境，幫助其突破物理思維障礙，引領其探尋物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，使其從物理視角循序漸進地認識物理現(xiàn)象及物理過程本質的、內(nèi)在的聯(lián)系。教師要圍繞反映教學內(nèi)容邏輯的知識序這棵“藤”，引領學生摸到科學思維的“瓜”，通過“順藤摸瓜”的學習過程，在探尋規(guī)律過程中提高認識，發(fā)展科學思維。
關鍵詞：物理思維障礙；科學思維；牛頓第一定律
物理規(guī)律是一類物理現(xiàn)象及物理過程本質的、內(nèi)在的聯(lián)系在人們頭腦中的反映。物理規(guī)律是物理學理論體系中最核心的內(nèi)容，物理規(guī)律的教學是物理教學的核心內(nèi)容，也是培養(yǎng)學生科學思維的重要途徑。
然而，學生在學習物理規(guī)律時存在著思維障礙。因此，筆者在物理規(guī)律的教學中，針對學生的思維障礙，以知識為載體，發(fā)展學生的科學思維，以達成學生主動探尋規(guī)律的目的。物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程是一個漸進的過程，因此，教師要引導學生通過符合其認知規(guī)律的學習活動沿著科學家發(fā)現(xiàn)規(guī)律的思維過程，發(fā)現(xiàn)并總結規(guī)律。如果將物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程比作“藤”，科學思維就是“藤”上結出的“瓜”。物理規(guī)律教學中，教師要基于學生物理思維障礙的突破，引導學生沿著探尋物理規(guī)律的過程，發(fā)展科學思維，力爭將科學思維的培養(yǎng)融入物理規(guī)律的探尋過程中，實現(xiàn)“順藤摸瓜”的教學效果，以提高學生的學習能力。
物理思維障礙指的是學生由于物理思維中心點不明確、思維對象不確定、思維方向不正確、思維邏輯不連貫、思維受到無關因素的干擾等原因，導致在認識客觀物理事物的本質屬性、內(nèi)部規(guī)律以及物理事物間的聯(lián)系和相互關系時，思維出現(xiàn)偏差或中斷，從而造成了物理學習困難。[1]
因此，教師在教學中要基于學生物理思維障礙的突破，創(chuàng)設情境讓學生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、探究的過程，運用科學的思維方法思考并自主探尋規(guī)律，并將科學思維內(nèi)化為自己的思維和行為方式，以培養(yǎng)用科學思維探求新知識、研究新問題的習慣和能力。
牛頓第一定律是在機械運動、運動快慢、力的基礎上，對運動和力關系的深入思考，是初中建立運動和力關系的基礎，是后面學習二力平衡、物體浮沉條件及應用的理論基礎，也是高中學習牛頓第一定律、牛頓第二定律的基礎。本節(jié)內(nèi)容由“阻力對物體運動的影響”“牛頓第一定律”兩部分組成。牛頓第一定律是經(jīng)典力學的核心內(nèi)容之一，是力學的基礎，是將運動和力聯(lián)系起來的紐帶。能否正確領會這一物理規(guī)律，不僅會影響學生對本章的學習，還會影響運動和相互作用物理觀念的建立和形成�！白枇ξ矬w運動的影響”是培養(yǎng)科學探究以及質疑與創(chuàng)新、解釋與論證等科學思維的知識載體，“牛頓第一定律”是培養(yǎng)科學推理、科學建模的科學思維的知識載體。通過實驗、觀察、思維建構知識的過程，則是培養(yǎng)尊重事實、敢于質疑、勇于創(chuàng)新、探索自然、理論聯(lián)系實際、辯證唯物主義的科學態(tài)度與責任的良好載體。
1學習“牛頓第一定律”的物理思維障礙
為了了解學生學習本節(jié)內(nèi)容時的知識經(jīng)驗和認知水平，筆者設計前測題，對117名學生進行前測。解答前測題時需要學生自己構建模型。通過對前測結果的統(tǒng)計和分析，可以看出：
知識、經(jīng)驗與技能方面：73%的學生認為物體運動需要力來維持，原因是學生缺乏對現(xiàn)象的觀察，混淆了運動和運動狀態(tài)的變化，對力能改變物體的運動狀態(tài)的認識停留在識記層面；35%的學生知道如何控制從斜面上自由滑下的小車在水平面運動的初速度大小。
思維、方法和能力方面：73%的學生缺乏分階段研究物理過程的方法；61%的學生缺乏運用證據(jù)反駁或說明觀點的科學論證能力；84%的學生缺乏將復雜問題簡單化，從實際情境中提煉物理概念、物理過程的科學建模能力和意識。
以上問題，究其原因是學生缺乏分階段研究物理過程的方法，存在邏輯思維障礙。在思考問題時，缺乏目的性、條理性，對于復雜問題，往往不依據(jù)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)分析，而是憑感覺去判斷，不依據(jù)理論按照一定邏輯關系去推理，而是主觀臆斷。
2突破思維障礙，“順藤摸瓜”培養(yǎng)科學思維的教學策略
“牛頓第一定律”一節(jié)內(nèi)容隸屬于“運動與相互作用”部分，反映了運動和力的關系。教學中必須以促進學生科學思維的發(fā)展為目標，考慮學生探尋規(guī)律的“思維關鍵點”，幫助學生突破思維障礙，循序漸進地探尋規(guī)律。
筆者針對學生的思維障礙，創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的認知沖突，通過一連串的問題啟發(fā)學生思維，圍繞學生學習的“思維關鍵點”，引導學生經(jīng)歷體驗、探究、論證、推理、建模過程，糾正錯誤認知，從有限次實驗結果過渡到理想實驗規(guī)律。教學策略如圖1所示：
這一過程，筆者圍繞反映教學內(nèi)容邏輯的知識序這棵“藤”，引領學生摸到了科學思維的“瓜”，“順藤摸瓜”的學習過程，有效地達成了引領學生在探尋規(guī)律的過程中發(fā)展科學思維的目的。
3基于科學思維培養(yǎng)的“順藤摸瓜”的學習活動設計
探尋規(guī)律的過程要遵循學生的思維發(fā)展規(guī)律，以“思維關鍵點”為依托，創(chuàng)設物理問題情境，突破學生現(xiàn)階段的認知水平，促進其在實驗基礎上通過科學推理總結、理解規(guī)律。所以，圍繞“運動和力的關系—探究阻力對物體運動的影響—牛頓第一定律”的知識序，筆者合理安排課堂教學的時空順序——教學序，實現(xiàn)引導學生自主探尋規(guī)律、發(fā)展科學思維和科學探究能力的目標。
3.1【環(huán)節(jié)1】運動和力的關系
活動一（實驗）：在水平桌面上，用手推小車，運動一段路程后松手，小車又運動一段路程，最后停下來。
提問：看到什么現(xiàn)象？想到什么？
引導學生關注并區(qū)分物體運動和物體運動狀態(tài)的變化，引導學生將小車的運動過程分階段描述，分析其在水平方向的受力情況。
活動二（播放視頻）：用力踢足球，踢出去的足球在草地上繼續(xù)滾動，最后停下來。
提問：看到什么現(xiàn)象？想到什么？
活動三（演示實驗）：小車在氣墊導軌上的運動。引導學生分析，認識到物體的運動不需要力來維持，力的作用是改變物體的運動狀態(tài)。介紹亞里士多德的觀點和伽利略的觀點。
【設計說明】
通過觀察實驗、事例分析等活動，結合分階段研究物理過程的方法，引發(fā)學生的認知沖突，激活學生思維，有效突破了學生混淆運動與運動狀態(tài)變化的思維障礙點，糾正了“物體受力才運動”和“物體運動需要力來維持”的錯誤前認知，使學生初步認識了運動和力的關系。學習活動中，學生經(jīng)歷從實際情境中提煉物理概念、物理過程的科學建模過程，實現(xiàn)了依托“運動和力的關系”，通過運用證據(jù)反駁或說明觀點的方式發(fā)展科學論證、科學建模、解釋的科學思維，感受物理與生活的密切聯(lián)系，形成了尊重事實和敢于質疑的科學態(tài)度。
3.2【環(huán)節(jié)2】探究阻力對物體運動的影響
�。�1）引出探究問題
引導學生將問題轉換成可探究的科學問題——探究阻力的大小對物體運動速度變化快慢的影響。
�。�2）引出探究實驗裝置
提出問題：怎樣用斜面、水平長木板設計在運動方向上不受動力的小車？
展示實驗裝置（如圖2所示），每組三個裝置的斜面部分完全相同，水平面由粗糙程度不同的木板構成，小車在水平面運動受到的阻力分別為3N、2N、1N。
（3）設計探究實驗
引導學生從變量識別、操作變量的角度思考，設計探究實驗。學生認識到：
①自變量是小車在水平面受的阻力大小，需要改變、知道大小；
�、诳刂谱兞渴切≤囋谒矫孢\動的初速度大小，控制其不變的方法引導過程如下：
展示圖1所示的裝置，問運動的小車在哪個水平面停下來快？學生預測后演示，遮住斜面部分，讓相同的小車從斜面不同高度自由滑下（用攝像頭拍攝），使小車在摩擦力大的水平面停下。學生推測原因，播放實驗拍攝的視頻。
演示：將兩個圖2所示的裝置并排放在水平桌面上，兩端對齊，讓完全相同的小車分別從兩個軌道最高點由靜止開始同時自由滑下，觀察兩小車是否一直并排滑動，直到軌道零刻度線處。對調(diào)兩小車，重復上述實驗。
�、垡蜃兞渴切≤囋谒矫孢\動速度變化的快慢，對其測量轉換成小車在水平面運動的時間。
�、軐嶒灁�(shù)據(jù)記錄表格如表1所示。
�。�4）學生分組實驗探究，收集證據(jù)
�。�5）分析論證，交流合作
【設計說明】
引導學生“探究阻力對物體運動的影響”時，通過“引出探究問題—轉化科學探究問題—引出探究實驗裝置—引導設計實驗—進行實驗收集證據(jù)—分析論證”等一系列循序漸進的學習活動，保證了科學探究活動的高效、有序開展。科學探究過程，促進了學生科學論證、質疑與創(chuàng)新、解釋的科學思維的發(fā)展，培養(yǎng)了科學探究能力，促進了學生不斷探索、合作交流的科學態(tài)度與責任的形成。
3.3【環(huán)節(jié)3】牛頓第一定律
�。�1）從有限次實驗結果過渡到理想實驗規(guī)律
如果做第4次實驗，讓小車在水平面受的阻力更怎樣？小車運動時間比第3次怎樣？小車速度變化快慢比第3次怎樣？
如果做第10次、100次、1000次、10000次實驗，甚至更多，如果每次讓小車在水平面受的阻力比上次更小，小車運動時間會比上次怎樣？小車速度變化快慢比上次怎樣？
假如小車在完全光滑的水平面上運動，一點阻力都不受，小車在水平面運動時間會怎樣？小車速度變化快慢會怎樣？小車運動方向會不會改變？小車將會如何運動？
（2）牛頓第一定律
介紹物理學史
①伽利略的觀點
介紹伽利略理想實驗，引導學生科學推理。明示以實驗為基礎，結合科學推理得出結論是重要的科學研究方法。
�、诘芽柕挠^點
如果運動物體不受任何力的作用，不僅速度大小不變，且運動方向也不變，將沿原來的方向運動下去。
�、叟ｎD的補充
靜止的物體在沒有受到力的作用時，將保持靜止狀態(tài)。
�。ㄅｎD第一定律的內(nèi)容）
解讀牛頓第一定律：
教師引導學生從如下層面思考，并解答相關問題：
①對牛頓第一定律內(nèi)容的分析：研究對象、條件、觀點。②能否用實驗驗證？③總結運動和力的關系：物體不受力時，運動狀態(tài)會不會改變？怎樣才能改變物體的運動狀態(tài)？運動物體一定受力嗎？維持運動需不需要力？
【設計說明】
在實驗條件不允許的條件下，師生共同演繹從假如做第4次實驗，到假如做第10000次實驗，啟發(fā)學生思維，讓學生順利從有限次實驗結果，通過科學推理過渡到理想實驗，促進了科學推理、科學論證、質疑與創(chuàng)新、科學建模、解釋的科學思維的發(fā)展。
總之，物理規(guī)律的教學中，教師要了解學生的已有認知水平和能力水平，基于學生物理思維障礙的突破，結合認知目標和科學思維兩個維度安排學習活動，通過提出問題—猜想假設—實驗探究—科學推理等論證的過程，達成從物理視角循序漸進地認識客觀規(guī)律，并在解決問題的過程中提高認識的目的。這個過程中，教師要圍繞反映教學內(nèi)容邏輯的知識序這棵“藤”，引領學生摸到科學思維的“瓜”，通過“順藤摸瓜”的學習過程，有效發(fā)展其科學建模、科學推理、解釋與論證、質疑與創(chuàng)新的科學思維。
參考文獻：
[1]姚文友.高中生物理學習思維障礙分析及教學策略的研究[D].南京：南京師范大學碩士
[2]閻金鐸.物理教學論[M].南京：江蘇教育出版社，1991.
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