課堂教學(xué)中如何構(gòu)建物理思維過程
時間:
曹榮格1由 分享
如何使學(xué)生正確分析物理過程、提高思維能力,是培養(yǎng)學(xué)生分析物理問題和解決物理問題的能力的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在。在物理課堂教學(xué)過程中,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生由于對物理過程分析不清、認(rèn)識模糊,導(dǎo)致對物理概念和規(guī)律理解不透,也就不能靈活地運用已學(xué)過的物理知識解決具體問題。為此,就課堂教學(xué)中如何構(gòu)建物理思維過程,筆者從三個方面談?wù)勛约旱目捶ā?br/> 一、精心設(shè)計問題情境,展示思維過程
每個物理概念的形成和物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)幾乎都要經(jīng)過前人長期觀察、實驗、比較、分析、抽象、概括、創(chuàng)造的過程。我們通過細(xì)心體會,抓住它的精神實質(zhì),精心設(shè)計教學(xué)情境,充分暴露這些過程,引導(dǎo)學(xué)生在舊知識的基礎(chǔ)上進入新課題,就可使學(xué)生的思維處于亢奮狀態(tài),增強學(xué)生的內(nèi)在活力,使學(xué)生自覺成為學(xué)習(xí)的主體,領(lǐng)悟新概念,掌握新規(guī)律。如“萬有引力定律”的教學(xué),可通過以下幾個問題的設(shè)計,引出萬有引力概念:
設(shè)問一,樹上的蘋果總是往地上落,這是為什么呢?生答:這是由于重力作用的緣故。如果蘋果樹很高,蘋果還會落地嗎?生答:蘋果照樣會落地。(由日常現(xiàn)象提出問題,并把問題向外延伸:不僅在地表附近有重力作用,而且在地表上空也處處存在重力作用。)
設(shè)問二,如果把蘋果放到月亮那樣的高度,它還會落地嗎?生答:蘋果還是會落地的。但是,月球本身為什么不落到地球上呢?(把重力作用延伸到月球軌道上去,出現(xiàn)了矛盾。)
設(shè)問三,如果月球不受力,它將做什么運動?生答:它將做勻速直線運動。如果月球受重力但沒有切向線速度呢?生答:它將和蘋果一樣落地。(事實上,月球繞地球做勻速圓周運動,這是需要向心力的,這個向心力就是地球?qū)υ虑虻囊Α?
設(shè)問四,如果在地面附近把蘋果水平拋出,則蘋果將沿曲線軌道落地。蘋果距地面越高,水平速度越大,則落地點越遠(yuǎn)。當(dāng)速度很大時,蘋果還會落到地球上嗎?生答:這時蘋果就會繞地球旋轉(zhuǎn),而不再落地。(這種情況在實際中是沒有的,但在想象中可能“實現(xiàn)”。這里,學(xué)生在思維中已經(jīng)悟出了人造地球衛(wèi)星的可能性:只要它的速度足夠大,它就跟月球一樣繞地球轉(zhuǎn)而不落地。)
設(shè)問五,月球繞地球運動,蘋果在一定條件下也可繞地球運動;蘋果落地,月球在一定條件下也可“落地”。相同的結(jié)果可能來自相同的原因嗎?學(xué)生猜想:蘋果所受重力和月球所受引力可能是同一種力。(把天體運動和近地物體運動加以對比,找出相似點,提出猜想,這是發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的關(guān)鍵。)
設(shè)問六,行星繞日運動也和衛(wèi)星繞行星運動相似。
那么,重力、行星對它的衛(wèi)星的引力、太陽對行星的引力是否可能是同一種性質(zhì)的力?
設(shè)問七,既然一切天體之間都有引力,天體(如地球)對物體(如蘋果)之間也有引力。那么,是否由此可以猜想,所有物體之間都存在互相吸引的力呢?(這就是萬有引力思想。由于一般常見物體間的引力是難以察覺的,提出這一思想是需要大膽的想象力和深刻的洞察力的。)
二、精心設(shè)計探索性實驗,展示思維過程
開展物理實驗不僅能為學(xué)生正確認(rèn)識事物及其變化規(guī)律提供事實依據(jù),還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力、實踐能力和創(chuàng)新精神,教師在課堂教學(xué)中應(yīng)利用這一優(yōu)勢,設(shè)計啟發(fā)性強、能充分發(fā)揮其特有功能和作用的實驗進行過程教學(xué)。如在“楞次定律”的教學(xué)中,要求學(xué)生進行自主實驗操作,通過分析實驗現(xiàn)象,探索物理規(guī)律。
對實驗記錄進行討論、分析可知:感應(yīng)電流的方向與原磁場B的方向及磁通量變化的關(guān)系無固定的規(guī)律,說明上面的實驗觀察內(nèi)容還不全面。這時再引導(dǎo)學(xué)生從能量守恒的觀點去分析:感應(yīng)電流不是憑空產(chǎn)生的,在磁鐵插入線圈的過程中,一定需要克服某個力做功,將機械能轉(zhuǎn)化為電能。這是個什么力呢?學(xué)生討論,覺得研究感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向很重要。于是,在原來表格中再加一項內(nèi)容:感應(yīng)電流的磁場B的方向,重做實驗,將4次現(xiàn)象再記錄。
進一步分析感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向時發(fā)現(xiàn):當(dāng)磁通量增大時,感應(yīng)電流磁場方向與原磁場的方向相反(如第1次和第3次);當(dāng)磁通量減少時,感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向相同(如第2次和第4次)。接著引導(dǎo)學(xué)生用自己的語言來表述這一規(guī)律,學(xué)生往往表述為“感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的變化”。這時教師提問:是有時阻礙,還是總是阻礙?學(xué)生明白應(yīng)該為“總是阻礙”。最后學(xué)生準(zhǔn)確地表述了這一規(guī)律:感應(yīng)電流具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。這就是楞次定律的內(nèi)容。
三、構(gòu)建物理圖景,展示思維過程
充分挖掘并利用物理圖景的功能,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會正確構(gòu)建物理圖景,對提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力及開發(fā)學(xué)生的智力有著極其重要的意義。特別在解出現(xiàn)隱含條件的習(xí)題時,由于學(xué)生缺乏思維的全面性、深刻性,他們感到解答這類問題的難度較大。我們在教學(xué)中可用情景示意圖或框圖來揭示題目的含義,引導(dǎo)學(xué)生展示思維過程。
在過程教學(xué)中,展示思維的方法還有很多,如運用先進的多媒體教學(xué)手段,將抽象的物理概念、物理規(guī)律及物理問題直觀化,以及透視日常生活現(xiàn)象等。無論用哪一種方法都要本著有利于學(xué)生思維能力培養(yǎng)的原則。在強調(diào)展示思維過程的同時要注意對于一些一看就懂、一點就通的知識不要故弄玄虛,對超越教材、超越大綱的知識不要不著邊際地延伸、拓寬,還要注意教學(xué)的重點和難點、教學(xué)的密度和教學(xué)的效率,以免增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。
每個物理概念的形成和物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)幾乎都要經(jīng)過前人長期觀察、實驗、比較、分析、抽象、概括、創(chuàng)造的過程。我們通過細(xì)心體會,抓住它的精神實質(zhì),精心設(shè)計教學(xué)情境,充分暴露這些過程,引導(dǎo)學(xué)生在舊知識的基礎(chǔ)上進入新課題,就可使學(xué)生的思維處于亢奮狀態(tài),增強學(xué)生的內(nèi)在活力,使學(xué)生自覺成為學(xué)習(xí)的主體,領(lǐng)悟新概念,掌握新規(guī)律。如“萬有引力定律”的教學(xué),可通過以下幾個問題的設(shè)計,引出萬有引力概念:
設(shè)問一,樹上的蘋果總是往地上落,這是為什么呢?生答:這是由于重力作用的緣故。如果蘋果樹很高,蘋果還會落地嗎?生答:蘋果照樣會落地。(由日常現(xiàn)象提出問題,并把問題向外延伸:不僅在地表附近有重力作用,而且在地表上空也處處存在重力作用。)
設(shè)問二,如果把蘋果放到月亮那樣的高度,它還會落地嗎?生答:蘋果還是會落地的。但是,月球本身為什么不落到地球上呢?(把重力作用延伸到月球軌道上去,出現(xiàn)了矛盾。)
設(shè)問三,如果月球不受力,它將做什么運動?生答:它將做勻速直線運動。如果月球受重力但沒有切向線速度呢?生答:它將和蘋果一樣落地。(事實上,月球繞地球做勻速圓周運動,這是需要向心力的,這個向心力就是地球?qū)υ虑虻囊Α?
設(shè)問四,如果在地面附近把蘋果水平拋出,則蘋果將沿曲線軌道落地。蘋果距地面越高,水平速度越大,則落地點越遠(yuǎn)。當(dāng)速度很大時,蘋果還會落到地球上嗎?生答:這時蘋果就會繞地球旋轉(zhuǎn),而不再落地。(這種情況在實際中是沒有的,但在想象中可能“實現(xiàn)”。這里,學(xué)生在思維中已經(jīng)悟出了人造地球衛(wèi)星的可能性:只要它的速度足夠大,它就跟月球一樣繞地球轉(zhuǎn)而不落地。)
設(shè)問五,月球繞地球運動,蘋果在一定條件下也可繞地球運動;蘋果落地,月球在一定條件下也可“落地”。相同的結(jié)果可能來自相同的原因嗎?學(xué)生猜想:蘋果所受重力和月球所受引力可能是同一種力。(把天體運動和近地物體運動加以對比,找出相似點,提出猜想,這是發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的關(guān)鍵。)
設(shè)問六,行星繞日運動也和衛(wèi)星繞行星運動相似。
那么,重力、行星對它的衛(wèi)星的引力、太陽對行星的引力是否可能是同一種性質(zhì)的力?
設(shè)問七,既然一切天體之間都有引力,天體(如地球)對物體(如蘋果)之間也有引力。那么,是否由此可以猜想,所有物體之間都存在互相吸引的力呢?(這就是萬有引力思想。由于一般常見物體間的引力是難以察覺的,提出這一思想是需要大膽的想象力和深刻的洞察力的。)
二、精心設(shè)計探索性實驗,展示思維過程
開展物理實驗不僅能為學(xué)生正確認(rèn)識事物及其變化規(guī)律提供事實依據(jù),還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力、實踐能力和創(chuàng)新精神,教師在課堂教學(xué)中應(yīng)利用這一優(yōu)勢,設(shè)計啟發(fā)性強、能充分發(fā)揮其特有功能和作用的實驗進行過程教學(xué)。如在“楞次定律”的教學(xué)中,要求學(xué)生進行自主實驗操作,通過分析實驗現(xiàn)象,探索物理規(guī)律。
對實驗記錄進行討論、分析可知:感應(yīng)電流的方向與原磁場B的方向及磁通量變化的關(guān)系無固定的規(guī)律,說明上面的實驗觀察內(nèi)容還不全面。這時再引導(dǎo)學(xué)生從能量守恒的觀點去分析:感應(yīng)電流不是憑空產(chǎn)生的,在磁鐵插入線圈的過程中,一定需要克服某個力做功,將機械能轉(zhuǎn)化為電能。這是個什么力呢?學(xué)生討論,覺得研究感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向很重要。于是,在原來表格中再加一項內(nèi)容:感應(yīng)電流的磁場B的方向,重做實驗,將4次現(xiàn)象再記錄。
進一步分析感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向時發(fā)現(xiàn):當(dāng)磁通量增大時,感應(yīng)電流磁場方向與原磁場的方向相反(如第1次和第3次);當(dāng)磁通量減少時,感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向相同(如第2次和第4次)。接著引導(dǎo)學(xué)生用自己的語言來表述這一規(guī)律,學(xué)生往往表述為“感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的變化”。這時教師提問:是有時阻礙,還是總是阻礙?學(xué)生明白應(yīng)該為“總是阻礙”。最后學(xué)生準(zhǔn)確地表述了這一規(guī)律:感應(yīng)電流具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。這就是楞次定律的內(nèi)容。
三、構(gòu)建物理圖景,展示思維過程
充分挖掘并利用物理圖景的功能,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會正確構(gòu)建物理圖景,對提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力及開發(fā)學(xué)生的智力有著極其重要的意義。特別在解出現(xiàn)隱含條件的習(xí)題時,由于學(xué)生缺乏思維的全面性、深刻性,他們感到解答這類問題的難度較大。我們在教學(xué)中可用情景示意圖或框圖來揭示題目的含義,引導(dǎo)學(xué)生展示思維過程。
在過程教學(xué)中,展示思維的方法還有很多,如運用先進的多媒體教學(xué)手段,將抽象的物理概念、物理規(guī)律及物理問題直觀化,以及透視日常生活現(xiàn)象等。無論用哪一種方法都要本著有利于學(xué)生思維能力培養(yǎng)的原則。在強調(diào)展示思維過程的同時要注意對于一些一看就懂、一點就通的知識不要故弄玄虛,對超越教材、超越大綱的知識不要不著邊際地延伸、拓寬,還要注意教學(xué)的重點和難點、教學(xué)的密度和教學(xué)的效率,以免增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。