物理教学中凸显思维活动过程的策略

许 芹

（江苏省天一中学，江苏 无锡 214101）

随着新课程的逐渐推进，我们已认同教学要注重过程，注重过程中思维活动的质量，但由于应试的压力、习惯引起的惰性等原因，在真实的课堂中，“重结果、轻过程”“重知识，轻思维”导致的满堂灌现象还是比比皆是.

物理课堂应创设让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考，给学生以充分自由、想象、思考、假设、实验的时间和空间，决不能把物理教学作为“结果”来进行，而应充分凸显思维活动的过程——问题的发现过程、概念的形成过程、规律的揭示过程、方法的思维过程以及教师和学生的共同探索、学习过程等.要做到这些，对于物理教师而言，掌握实施的策略显得尤为重要.

1 以“对话”凸显思维活动过程：想清楚了才能说清楚

这里的“对话”，是指教师、学生、书本间的互动“对话”，可以是师生对话、生生对话，生本对话和师本对话.师生对话是教师与学生以学习内容为“话题”，凭借自己的经验，用各自独特的精神表现形式，在教学过程中通过心灵的对接、意见的交换、思想的碰撞、合作的探讨，实现知识的共同拥有与个性的全面发展；生生对话指的是学生各抒己见，彼此对话、相互交流；生本对话是学生与教材的对话，这种对话并不以口头语言的交会为特征，而是通过人对文本的理解和批判展开在教学中；师本对话是指教师与文本的深入交流，是教师对文本的丰富诠释和深刻发现.

物理教学中的对话是伴随性的，是围绕着科学问题的发现、假设和最终解决这条主线来展开的.对话在问题解决过程中，其实就是一种“出声的思想交流”，通过“出声”使谬误得以暴露和澄清，使灵感得以闪现和相互启发，使解决问题的思路得以优化和清晰…，物理教学中的对话，实质是与世界尤其是与自然的对话、与科学大师的对话、与问题的对话.

例如，电场强度教学片断对话如下.

师：电场有强弱吗？如果有，怎么来描述电场的强弱呢？

生1：电场肯定有强弱，因为刚才的实验显示，带电小球在电场的不同位置受力是不一样的.我觉得可以用电场力来描述电场的强弱.

生2：我赞同这个观念，我也认为可以用电场力来描述电场的强弱，带电小球所受电场力大，说明那儿的电场强.

师：有没有不同意见？

生3：我觉得用电场力来描述电场的强弱会有问题的.刚才实验中带电小球A在电场a位置受的电场力比b位置受的的电场力大，则a位置电场强.但如果我拿一个带大电荷量小球B来做实验，它在b位置受的力有可能比A小球在a位置受的力还大呢，那按照刚才电场力大场强就大的观点，又要b位置的场强大了？那这样岂不是矛盾了.

生4：不能用不同的电荷所受电场力的大小来描述电场强弱，应该是相同的电荷在某处所受的电场力大，说明那儿电场强.这样就不会有矛盾了.

生5：我觉得应该用F／q来描述电场的强弱.

师：好，新的观念，请你与大家分享你的思考过程.

生5：我觉得电场的强弱应该由电场自己决定，和放入试探的电荷是没有关系的.点电荷Q产生的电场对试探电荷的电场力F＝kQq／r2，将F除以q就与q无关了.

生6：我赞同他的观点.但我得出这个结论的想法和他不同，我是这样想的：在运动学中，相同时间内运动的位移大，运动就快，我们就把位移和时间的比值定义为速度来描述运动的快慢.在电场中，相同的电荷在某处所受的电场力大，该处电场就强，用类比的方法可知，也可以用电场力和电荷的比值来描述电场的强弱.

师：还有不同的想法吗？

生7：觉得生5和生6分析得很有道理，应该是这样的.看看书上怎么说.

……

师：电场强度有方向吗？如果有，怎样确定？

生8：电场强度是有方向的.因为刚才的实验告诉我们，同一电荷在电场不同的地方，受的电场力的方向是不一样的.我认为（某点）电场强度的方向就是电荷（在该点）所受电场力的方向.

生9：我觉得不合适，因为正负电荷（在电场同一位置）所受电场力的方向是正好相反的呀.

生10；那能不能放正电荷时电场有个方向，放负电荷时电场又是另一个方向呢？

生11：我觉得不行.既然电场和放入的电荷无关，那电场强度的大小和方向都应该和放入电荷没有关系.怎么可以放入正电荷电场强度是这个方向，而放入负电荷，电场强度的方向又变成相反呢？

师：是啊，怎么来解决这个矛盾呢？

生12：能不能做个硬性的规定.正电荷受力的方向为电场强度的方向.

师：对，我们的前人在研究这个问题时就是采用这样的方法.请学生们看教科书.

……

师：能不能规定负电荷在某点所受电场力方向为电场强度方向呢？

生13：是啊，我也正想问呢，为什么不规定负电荷的受力方向为电场强度的方向呢？

生14：这样（规定正电荷受力方向为电场强度方向）方便啊.

生15：应该是一样的，没有什么方便不方便的问题.我觉得只是当初做了这样的规定所以一直沿用下来了.如果当初规定负电荷受力方向为电场强度方向应该也是完全可以的.

师：还有不同的想法吗？

生16：我觉得规定正电荷的受力方向为电场强度的方向是有道理的.在电场强度的定义式E＝F／q中，E是矢量，F也是矢量，q是标量，但q有正负，当q为正电荷时E＝F／q，这个矢量式表示E和F的方向相同；当q是负电荷时，E＝－F／q，这个矢量式表示E和F的方向相反.所以电场强度的方向和正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反.

……

思维的表达是借助语言来实现的，要“说清楚”首先要经历相应的思维过程，且一定是想清楚了才能说清楚.同时反复“说”的过程也是不断理清思路，帮助人不断深入思考的过程，人在思考时常常会自言自语就是这个道理，所以教师在教学过程中要善于创设“对话”的环境，鼓励学生说出自己的思考、观念、疑惑，在师生、生生观念的相互交流、启发、碰撞中获取知识，提高思维能力.

2 以“实验”明晰思维活动过程：从感性认识到理性思考

建构主义学习理论认为，学习不是一个被动吸收、反复练习和强化记忆的过程，而是一个以学生已有知识和经验为基础，通过个体与环境的相互作用主动建构意义的过程.学生的学习只有通过自身的探索活动才可能是有效的.

物理学习不能单纯地依赖模仿与记忆.教师的教不在于把知识的结论告诉学生，而在于引导学生探究结论，在于帮助学生在走向结论的过程中发现问题，探索规律，掌握方法.在学习物理过程中，要形成物理概念，认识物理规律，必须以充分的物理事实为依据.

这种感性材料可以来源于生活，但来源于生活的感性材料各种因素交织在一起，比较复杂，不利于学生的学习，而物理实验却能为学生提供一个符合认识规律的物理环境，使他们获得明确具体的认识.实验不仅能提供感性材料，还能引导学生思维的发展，它是一种综合的能力培养过程，它能创造“最真实，最少受干扰”的物理环境，是发展学生能力，对学生进行科学方法训练和创新意识、创新能力培养的有效途径.所以教师应引导学生主动地从事观察实验活动，从而使学生了解物理学的研究方法，经历科学探究过程，形成自己对物理知识的理解，发展自主学习能力.

例如，电容器的电容教学片断如下.

（1）实验引入.

充电后的电容器（4700μF的电解电容器，与16V的直流电源相接）两极连接，发出刺眼电火花和发出刺耳放电声音.

a.引发思考：为什么会有电火花？（说明电容器放电了）

b.寻找可能原因：电容器和电源相连后带电了，说明电容器可以储存电荷.

c.做实验：（看自己的猜想思考是否正确）电容器充放电电路如图1，图2，观察灵敏电流计指针偏转情况.

图1

图2

d.引发更多思考：为什么能储存电荷？储存在哪里？它的构造是怎样的？

（2）观察电容器结构.

a.观察：拆开手边的电容器（聚苯乙烯电容器和电解电容器），观察构造，体会课本对电容器的定义：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器.

b.实践：利用身边资源做个电容器（学生做出了纸杯电容器、平行板电容器、人体电容器等）.

（3）电容概念教学.

师：如何表示电容器储存电荷的本领呢？

生1：可用电容器的带电量来表示.

生2：可是电容器的带电量与充电电压有关系的，而表示电容器储存电荷本领大小的物理量应该只与电容器有关才对.

电容器的带电量与它的充电电压有何关系呢？

能否通过实验来探究电容器所带电荷量Q和电容器两端电压U之间的关系.

思考：如何测量Q和U.

① 突破难点.

难点1：如何测电压，学生想到用电压表来测电容器的充电电压.用充好电的电容器与电压表相连，发现指针只能大角度摆动一下，并没有稳定数据，从而说明电容器如与电压表相连会放电，不好测U.最后想到直接用干电池，设置充电电压分别为1.5V、3.0V、4.5V 和6.0V 对电容器充电.

难点2：学生想不到测Q的可操作性方法.突破：通过类比，迁移知识.引导学生回忆前面学过的V－t图像，图像与坐标轴所围的面积可以表示位移.同理，I－t图像中图像与坐标轴所围的面积就可以表示电荷量Q了（如图3）.

图3

② 动手实验.实验器材：学生电源，PASCO数字实验系统（数据采集器、Datestudio软件，电流传感器，计算机），电池盒（4节干电池），2200μF、4700μF的电容器各一个，单刀双掷开关一个，50Ω的滑动变阻器一个，导线若干.

实验电路图如图4所示.

图4

实验结果如图5—图8.

图5

图6

图7

图8

图5为4700μF电容器分别在1.5V、3.0V、4.5V、6.0V电压下充电后，放电时的I－t图；图6为图5处理后得到的放电电荷量大小.

图7为2200μF电容器分别在1.5V、3.0V、4.5V、6.0V电压下充电后，放电时的I－t图；图8为图7处理后得到的放电电荷量大小.

③ 得出结论.

用Excel处理数据后学生们惊喜发现，在误差允许范围内，对于同一个电容器，Q与U的比值是一个定值；不同电容器，比值不同，从而顺利引出电容概念.

学生积极性空前高涨，满心欢喜的沉浸在实验学习中……实验为学生们创设了愉悦的学习氛围，充分探索的空间，学生的思维变得更加灵动，更加缜密，更加深刻.

3 以“质疑”带动思维活动过程：提出问题比解决问题更重要

物理科学作为自然科学的重要分支，不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用，而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响.从亚里士多德时代的自然哲学，到牛顿时代的经典力学，直至现代物理中的相对论和量子力学等，都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现.

物理课程不仅应该注重科学知识的传授和技能的训练，注重将物理科学的新成就及其对人类文明的影响等纳入课程，更应该重视对学生终身学习愿望、科学探究能力、创新意识以及科学精神的培养.高中物理课程总目标中明确指出“学习科学探究的方法，发展自主学习的能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”，科学探究的要素包含：提出问题，猜想与假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析与论证，评估，交流与合作.由此可见，学生的质疑在其科学素养的培养中显得尤为重要.

在课堂教学中，教师应鼓励学生选择适合自己的学习方式，应尊重学生在学习过程中的独特体验，积极倡导自主、合作、探究的学习方式.教师的精讲是必要的，但学生主动表达自己的认识、感想的交流更重要，教师应提供更多的机会让学生畅所欲言、各抒己见，或组织小组讨论，让每个学生都有讲的机会；或利用理解中的矛盾点、分歧点，创设辩论情境，让学生在辩论中通过不同观点的碰撞、交流，获得更深的理解和感悟.只有创设了这样一个良好的环境，学生才会注重提出问题，才能够提出问题，才敢于提出问题.

例如，教师：请学生们思考，利用如图9所示的电路能测量出哪些物理量？

生1：电源电动势E和电源内阻r.

生2：还有滑动变阻器的最大阻值R.

生3：测量结果都不是很准的，因为实际电流表、电压表会产生系统误差.

生4：那就选合适的电表来减小误差.

图9

生5：如果知道电流表、电压表的内阻，就可以消除误差了.

教师：是吗？怎么消除呢？

生5：假设电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RA，调节滑动变阻器阻值为R1时，测得电压表、电流表示数分别为u1、I1，调节滑动变阻器阻值为R2时，测得电压表、电流表读数为u2、I2，则列方程解这个方程，就可以精确求得电源电动势E和电源内阻r.

生6：从上面的方程可以看出，用这种方法测电源电动势E和电源内阻r，只要知道电压表内阻，就可以精确测量了，电流表内阻并不影响测量结果.是这样吗？

学生附和：是啊.数学计算式显示的是这个结论.

教师：还有什么不同看法吗？

生7：从数学列式上看是这样，可怎么会电流表的内阻对它没影响呢？电路中接有内阻的电流表和接无内阻的电流表（理想电流表）明明情况是不一样的呀.

教师：嗯，能不能再从其他角度来分析一下这个问题呢？

（学生沉思……讨论……）

生8：电源电动势等于外电路R断开时的路端电压，但现在由于接入电压表，外电路R断开时，电压表与电源串联组成一个通路，测得的路端电压U，不再是真实的电源电动势E，电动势测量值等于路端电压U，而U＝E·R RV＋r，所以导致测量结果比真实电源电动势小.而电流表不会对此造成影响.

生9：如果把电流表位置换一下，接到电源和开关之间，情况又会怎样呢？

……

课堂教学应当以学生为本，以学生的发展为本，在我们关注学生成绩的同时，更应该倾听他们的需求和想法；传授知识的同时，更应该提供学生自己思考的时间与空间.关注学生的表现，欣赏学生的想法，重视学生的问题，接纳学生的意见，宽容学生的错误，满足学生的需要，为学生的思维发展创设氛围、条件，问题让学生提，让学生议、答案让学生辩，让学生得，让课堂成为一个师生、生生交流的大舞台，在相互赞赏、相互取长补短的氛围中享受教与学的乐趣，让学生思维能力的发展落到实处.

在笔者看来，物理除了苦累、汗水、抽象之外，喜欢、好奇、有趣更重要；物理除了在考试中能派用场外，更要在未来的生活和职场上有用；物理除了概括、计算和证明，离不开直观、经验和实践操作；物理除了沿袭现成的体系结构之外，更应当向一门关于如何提问题、想办法、主动探究的学问发展，成为收获想象、创造、应变和自信的土壤.无论他将来是否在物理领域内学习或工作，通过物理学习到的解决问题的策略、思维方式、思想方法及运用工具的能力依然能起重要作用.