培养学生抽象思维能力的探讨①

朱建武

(江苏省如东县马塘中学,江苏 如东 226401)

培养学生抽象思维能力的探讨①

朱建武

(江苏省如东县马塘中学,江苏 如东 226401)

抽象思维是物理学科核心素养的重要组成部分,本文结合高考物理试题的解析，阐明高中物理教学中培养和发展学生抽象思维能力的有效路径.

中学物理；抽象思维;核心素养;培养能力

物理学科核心素养主要由“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”等方面的要素组成,而这些要素之间存在着密不可分、相辅相成的关系.优化学生思维品质、培养学生思维能力,是其中“科学思维”这一要素的根本,并早已成为包括高中物理在内的许多学科共同的育人目标.无可置疑,学生的思维品质和思维能力是物理学科的核心素养,而抽象思维能力是物理学科核心素养的重要组成部分，抽象思维是运用概念、判断、推理等思维形式,对客观现实进行间接的、概括的反映的过程.在物理教学中如果离开了抽象思维,那就谈不上思维品质和思维能力,同样谈不上科学思维;没有科学思维,物理观念、科学探究、科学态度与责任等都无从谈起.本文以2016年的几道高考物理题为例,探讨在高中物理教学中培养学生的抽象思维能力的有效路径.

1 由个别到一般,学会归纳,夯实抽象思维的基础

高中物理教学是从“运动学”开始的,在引导学生去研究、发现物体运动规律的过程中,应该开发和利用好课程资源，让学生从个别运动现象去分析、比较,逐步归纳并揭示出一般的运动特点和规律,这是最典型、最常见的抽象思维过程,也是“运动学”教学中最基本、最有效的教法和学法.高一学生首先研究了“自由落体运动”,由个别事例的归纳发现了一般规律:只要从静止开始,并只在重力作用下,所有物体的运动规律(运动快慢和运动轨迹)都是完全一样的.后来研究了“平抛运动”,运用运动合成与分解的观点,揭示出它的一般规律:只要从相同的水平速度开始,并只在重力作用下,所有物体的运动规律(运动快慢和运动轨迹)也都是完全一样的.对于“自由落体运动”和“平抛运动”这两个“个别”情形,再进一步归纳,就能经过抽象思维得出更“一般”的规律:如果“初始条件”相同,即初速度v0相同,并且“只受重力”,即加速度a相同,那么它们的运动情况一定相同;一个物体做什么运动,是由“初始条件”和“加速度”这两个要素共同决定的.因此,只受重力的抛体运动,包括平抛或斜抛运动,如果初速度v0大小、方向相同,其运动轨迹与物体的质量没有关系.

例1(2016年江苏高考)：有A、B两小球,B的质量为A的两倍.现将它们以相同速率沿同一方向抛出,不计空气阻力.图1中①为A的运动轨迹,则B的运动轨迹是( ).

A. ① B. ② C. ③ D. ④

图1

显然,由个别到一般,学会归纳,是训练学生抽象思维的必由之路,也是培养学生抽象思维的基础.

2 由一般到特殊,学会演绎,体验抽象思维的意义

在培养和发展学生“科学思维”等核心素养的过程中,我们不仅要重视让学生去探究、发现和掌握基本的物理规律,也要激发学生灵活运用“一般”规律,去具体分析和解决“个别或特殊”的问题,在由此及彼的演绎、推理中,使学生深切体验到抽象思维的作用.

例2(2016年江苏高考)：如图2所示,两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动,用R、T、Ek、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积.下列关系式正确的有( ).

图2

A.TA>TBB.EkA>EkB

要学好物理,必须善于抽象思维，而通过抽象思维掌握的一般规律,只有在灵活演绎和运用中,才能体验到艰苦的抽象思维成果所具有的实用意义和“苦”中之乐.

3 善分析，多综合,重视推理,熟悉抽象思维的过程

抽象思维的过程是艰苦的,更是快乐的.面对复杂的具体问题,善于分析才能发现“特点”,多方综合才能抓住“联系”,利用“特点”和“联系”才能进行判断和推理,使得抽象思维的过程并不“抽象”.学生不断亲历和熟悉了分析、综合、推理的抽象思维过程,自然可以熟能生巧、轻车熟路.

例3(2016年上海高考)：如图3,始终竖直向上的力F作用在三角板A端,使其绕B点在竖直平面内缓慢地沿顺时针方向转动一小角度,力F对B点的力矩为M,则转动过程中( ).

图3

A.M减小,F增大

B.M减小,F减小

C.M增大,F增大

D.M增大,F减小

如果没有深刻分析得出“力矩平衡”的定量表达式,如果不能综合推理出力F1的表达式,就不能实现有理有据的抽象思维.

4 建模型，用规律,强化抽象思维的应用

善分析，多综合,重视推理,能够熟悉抽象思维的过程;建模型，用规律,就能强化抽象思维的应用.

例4(2016年江苏高考)：小球从一定高度处由静止下落,与地面碰撞后回到原高度再次下落,重复上述运动,取小球的落地点为原点建立坐标系,竖直向上为正方向,下列速度v和位置x的关系图像中,能描述该过程的是( ).

5 识准图，列对式,由图到式,是突出抽象思维的关键

图像问题是全国各地历年高考物理试题中的常见热点题型,它一方面直观地反映了物理量之间的变化关系,另一方面图像中蕴含的内在信息及其本质特征具有抽象性.解决图像题,必须经过抽象思维,同时必须突出抽象思维的一个关键:首先深刻、准确地分析，识别图像中隐含的信息和条件,再根据图像和文字中的所有条件及规律,列出关系式.由图到式,这是运用抽象思维解决图像题至关重要的一步.

例5(2016年上海高考)：地面上物体在变力F作用下由静止开始竖直向上运动,力F随高度x的变化关系如图4所示,物体能上升的最大高度为h,h

图4

解析:“在变力F作用下由静止开始竖直向上运动”,并且“能上升的最大高为h”,所有上升过程中物体先以v0=0作加速运动、再作减速运动到最高点时v=0.图像表明变力F随高度x的增大而均匀减小,设加速阶段加速度大小为a1、减速阶段加速度大小为a2,根据牛顿第二定律有F-mg=ma1和mg-F=ma2,因此a1是减小的、a2是增大的,“加速度有最大值时”一定在“刚开始”和“最高点”两个时刻,其高度分别为h1=0和h2=h.

识准图、列对式,由图到式,既是抽象思维的一种飞跃,也是培养学生抽象思维能力的一种重要途径.

6 画好图，健全式,图式并用,是提升抽象思维能力的阶梯

物理问题中的“图”包括物理情景示意图、受力分析图、矢量关系图以及各种物理量之间的关系图像，“式”则包括物理量的定义式和决定式、物理规律的表达式和推论式、运用物理概念规律而得的物理量之间的关系式.所谓“图式并用”,指解析物理问题时既能读图、识图、作图、用图,又能列式、变式、推导式、讨论式,综合运用图和式,由图到式、由式到图,从而得心应手地解决问题,这其中抽象思维功不可没.

例6(2016年江苏高考)：如图5所示,倾角为α的斜面A被固定在水平面上,细线的一端固定于墙面,另一端跨过斜面顶端的小滑轮与物块B相连,B静止在斜面上.滑轮左侧的细线水平,右侧的细线与斜面平行.A、B的质量均为m.撤去固定A的装置后,A、B均做直线运动.不计一切摩擦,重力加速度为g.求:

(1)A固定不动时,A对B支持力的大小N;

(2)A滑动的位移为x时,B的位移大小s;

(3)A滑动的位移为x时,A的速度大小vx.

图5

解析:(1)B受三共点力处于平衡状态,画出受力关系图,列出力在垂直斜面方向上的关系式,即得N=mgcosα.

第(1)问中画好受力图,第(2)问中深刻揭示运动关系，画好矢量关系图,然后“由图到式”完成了抽象思维的突破;第(3)问运用瞬时速度的定义和类比思维,推理出速度关系式,完成了抽象思维的提升.图式并用,实实在在地成为提升学生抽象思维能力的重要阶梯.

7 结语

在高中物理教学中,无论学习物理知识,还是解决物理问题,抽象思维无处不在，不仅要使学生打好抽象思维的基础,体验抽象思维的意义,而且让学生要熟悉抽象思维的过程,强化抽象思维的应用,并且让学生能够突出抽象思维的关键,登上提升抽象思维能力的阶梯.培养和发展学生的抽象思维能力,是我们培养学生物理核心素养的责任所在,我们义不容辞,必须尽力达成.

[1] 林招君,蔡千斌.“素养为本”科学教学的原则、策略与途径[J].物理教学,2016,(7).

[2] 朱建武.让学生在“学会比较”中“主动发现”[J].物理教师,2014,(1).

[3] 朱建武.学好物理 其实简单[J].物理之友,2015,(2).

①名师简介：朱建武，江苏省高中物理特级教师、正高级教师，江苏省优秀教育工作者，南通市高中物理学科带头人，主要研究中学物理教学.