基于思维方法的初中物理与小学科学的有序衔接

卢义刚 程万美

(1. 六合区金牛湖初级中学,江苏 南京 211500; 2. 六合区金陵中学龙湖分校,江苏 南京 211500)

1 实践意义:思维方法在初中物理和小学科学课程标准中的要求

物理思维是指具有意识的人脑对客观事物的本质属性、内部规律及物理事物间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反映.物理思维的基本方法包括分析与综合、比较与分类、抽象与概括、科学推理、臻美、等效等.[1]

小学科学课程的总目标是培养学生的科学素养,并为他们继续学习、成为合格公民和终身发展奠定良好的基础.小学科学课标以“倡导探究式学习”为基本理念,提出“科学探究总目标”,包含:“初步了解分析、综合、分类、抽象、概括、推理、类比等思维方法,发展学生学习能力、思维能力”.[2]

初中物理课程目标明确提出:义务教育物理课程旨在提高学生的科学索养,让学生学习终身发展必需的物理基础知识和方法,养成良好的思维习惯,在分析问题和解决问题时尝试运用科学知识和科学研究方法,有运用研究方法的意识;能独立思考、敢于质疑、尊重事实、勇于创新.[3]

可见,小学科学和初中物理课程都倡导以探究式学习为主的多样化的学习方式,提倡在教师的指导下,让学生主动参与、积极体验,不仅要“动手”,还要“动脑”.让学生在探究式学习中不仅能够获取科学知识,更要领悟科学思维方法,发展学习能力、思维能力.

2 理论研究:思维方法在初中物理和小学科学课程衔接的重要性

建构主义理论告诉我们:学习新的知识、技能必须建立在已有知识、技能的基础之上.[4]初中物理所学的声学、光学、力学、热学、电磁学等知识领域小学科学课程均有所涉及,且初中阶段用到的归纳法等思维方法在小学科学课程中也有所体现.若能在学科知识和思维方法层面对小学科学和初中物理教学进行有序衔接,对学生物理知识结构的建立、物理思维能力的提升将形成积极的影响.

在小学科学、初中物理教学中,若将概念、规律、结论直接告诉学生,不让学生参与思维加工活动、掌握思维方法,那么学生对概念与规律的认识只能是肤浅的、片面的.这是由学生的思维发展特征所决定的,即学生在不同的年龄阶段表现出不同的思维特征.如童年期(6、7岁至11、12岁)的学生的思维特点具有较大的具体性和形象性,抽象思维能力还比较弱,对抽象的道理不易理解.少年期(11、12岁至14、15岁)的学生,抽象思维已有很大发展,但经常需要具体的感性经验作支持.[5]因此,学生的思维活动若仅停留在简单的记忆、练习的层面,则无法真正理解知识,学到建立科学概念、总结科学规律和解决实际问题的思维方法,思维能力也就难以得到提升.

在小学科学教学中,适当地对学生进行思维训练和思维方法的点拨,不仅可促进学生对科学知识的理解,也有利于学生进入初中阶段后物理等学科的学习.在初中物理教学中,更要凸显思维方法的教学,使学生真正体会到初中物理在知识技能、思维方法等方面都与小学科学存在关联,在建立物理概念、总结物理规律及解决物理问题时能够有章可循,将小学科学与初中物理的知识结构、思维方法融为一体.

初中物理教学应建立在学生已有的认知结构基础之上.教师需了解学生在小学阶段都学习了哪些科学知识,体验了哪些科学探究,运用了哪些思维方法.教师要尝试“唤醒”学生已有的知识经验、调动科学探究过程中运用过的思维方法,努力将小学科学与初中物理教学自然、有序地衔接起来.

3 案例分析:思维方法在初中物理教学实践中的有序衔接

思维方法是小学科学与初中物理衔接的重要纽带,然而小学科学教师往往并不清楚哪些思维方法对未来的初中物理学习有用,初中物理教师也不熟知学生在小学科学课程中都学到了哪些思维方法,这些思维方法当时又是以什么知识为载体呈现.为此笔者做了一些整理,望能为有志在此方向上研究的小学科学和初中物理教师提供一些思路.

3.1 控制变量法

控制变量法即用“控制条件”来探索物理问题和物理规律的方法,是“先分析,后综合”的思维方法.其思路是每次探究只改变其中一个因素,控制其余几个因素不变,从而找出被改变的这个因素对研究对象的影响,分别加以研究,最后再对各因素进行整合,这种方法叫做控制变量法.[6]

如苏教版小学科学“蒸发快慢与什么因素有关”实验.步骤1:“往两只大小不同的盘子里倒同样多的水,放在阳光下晒,观察水的变化”(如图1),步骤2:“在黑板上用水涂出两块同样面积的水迹,用扇子扇其中一块,观察有什么现象发生”(如图2),观察蒸发快慢.本实验中影响蒸发快慢的因素主要有:温度、液面上方空气流速、表面积等.先分别探究,再加以综合,最终得出正确结论.

图1 蒸发实验(只改变液体表面积)

图2 蒸发实验(只改变液面上方空气流速)

由于一个物理量的影响因素往往不止一个,故控制变量法在初中物理实验中应用更为广泛.因此,控制变量法是小学科学与初中物理进行思维方法衔接的最重要纽带.教师在小学科学与初中物理教学中,做到该思维方法衔接的同时,可适当点拨实验中为什么要采取控制变量法,引导学生主动思考控制变量法在实验中的意义和适切性,切不可强记实验的结论,而忽略了实验结论得出的思维过程与方法.

3.2 比较分类法

比较法是确定事物之间差异点和共同点的抽象思维方法;分类法则是以比较法为基础,根据研究对象的共同点和差异点,把事物分门别类的思维方法.

小学科学中比较法应用较多,如:“电与磁”要求学生思考“电磁铁和磁铁有什么相同和不同之处?”通过对两者进行比较,不仅可以深化学生对磁铁、电磁铁的认识,也能促进学生在更广阔的范围内、更深的层次上掌握两者的内在联系.

初中物理教学中经常运用比较法.相似的物理概念如:蒸发与沸腾、超声波与电磁波的特点等;相似的物理规律有:光的反射定律与光的折射规律、液体压强大小的影响因素与浮力大小的影响因素等.分类法的应用也比较普遍.如:将水的各种形态(云、雨、露、雾、霜、雪、雹等)按照物质的状态进行分类、按照物质的物理属性对厨房中的物品进行分类等.

比较分类法是建立物理概念和总结物理规律的重要思维方法,也是小学科学与初中物理衔接的重要途径.经历比较、分类的思维过程有利于学生更好地辨别相似物理概念、物理规律,更准确把握物理概念、规律及其内涵.

3.3 理想实验法

“理想实验”,是以真实物理实验为基础,以逻辑法则为依据,通过大脑思维来开展实验过程的思想实验.[7]理想实验法利用假想中的“器材”,可以超越当前的科技发展水平,可以超越时间和空间的局限,不受具体条件的限制.

图3 声音的传播

小学科学中“声音的传播”有个小实验,如图3所示,先摇一摇小铃,听小铃的声音.往烧瓶中加少量水,放在火上烧开,将橡皮管夹紧,再摇小铃,比较小铃发出的声音.受实验条件所限,无法使烧瓶内部达到完全真空的状态.实验中只有尽可能减少瓶内空气,再根据铃声减小的现象推理得出“真空不能传声”的结论.

初中物理“探究真空能否传声”实验与上述“声音的传播”实验可谓异曲同工,即直接用抽气机抽走瓶内的空气,当然也只能达到逼近真空的状态,也需要在实验的基础上推理得出同样的结论.理想实验法是小学科学与初中物理在思维方法上的重要衔接点,也是概括和总结物理规律的重要思维方法.

3.4 归纳推理法

归纳推理是由一些个别的、特殊的判断推出一般的判断的思维方式.它不仅是研究物理实验、建立物理概念和物理规律的一种重要的思维方式,也是解决物理问题的重要思维方法.

小学科学中“物体的运动”概念的建立是典型的归纳推理法的应用.教材中列举了大量图片、文字信息,包括:汽车、自行车、野鸭、大雁的运动;坐在行驶的汽车上感觉路旁的树木在倒退;拔河比赛输赢的裁断等,为学生“机械运动”概念的建立提供了充分的素材,有利于学生在教师的引导下尝试归纳、总结出判断物体运动或静止的依据.

初中物理涉及到归纳推理法的知识也很多,除了上述提到的“物体的运动”概念的建立外,还包括通过大量的生活实例及实验现象总结得出“力是物体对物体的作用”、“力是改变物体运动状态的原因”、“物体间力的作用是相互的”等概念或规律,举不胜举.

归纳推理法不论在小学科学还是初中物理中都有着广泛的应用.在利用归纳推理法进行初小衔接教学时,重点不是向学生灌输“归纳推理法”这一思维方法名称,而是要让学生自己体验利用这一方法建立物理概念或得出物理规律的过程,在过程中领悟此思维方法.

3.5 图像法

图像法,即假设某一物理量y随另一物理量x而变,从实验和观察中测出一系列与x相对应的y值后,在直角坐标系中分别标出与各组测量结果对应的点,再用光滑的曲线把各点连接起来(曲线不一定要通过每个点,但要使曲线尽可能靠近各个点)构成图像,然后分析图像找出规律.图像法是研究物理学、总结物理规律的重要方法之一.[7]

图4 热水冷却实验

例如,小学科学中“冷和热”有个小实验,要求学生连续测量一杯热水冷却过程中的温度,画出温度变化曲线图(如图4).这就要求学生不仅要记住水温变化“先快后慢”这一实验结论,更重要的是:明确实验中需关注的物理量(时间、水的温度),知道坐标轴代表的物理量,尝试动手描点、画图,并且能在教师的引导下根据图像得到水温变化的规律.

小学科学主要是利用图像找规律,即定性研究.初中物理则不仅要求学生会作图,还要对图像的“轴、点、线、面”作全面分析,对物理量间的关系做定量研究,如:“探究重力与质量关系”、“探究电流与电压、电阻的关系”等实验,对学生的数学能力、图像的识别与分析能力提出了更高的要求.[8]

图像法可以帮助学生得出正确的科学结论或物理规律,同时在大脑中将知识内化,并形成物理图形的表象,能强化学生对小学科学以及初中物理概念、规律的理解,也是初小衔接的重要渠道.不论在小学科学还是初中物理教学中都要避免直接将实验结论告诉学生,更不能强迫学生对概念、结论进行机械识记.要引导学生经历利用图像得出科学结论或物理规律的过程,理解“轴、点、线、面”所代表的物理意义,学会利用图像解决物理问题的方法,促进由小学科学向初中物理教学的自然过渡与衔接.

4 结语

综上所述,在小学科学和初中物理教学中,教师应注意让学生主动参与到科学概念的建立、科学规律的得出、实际问题的解决过程中,引导学生在学习与科学探究的过程中体验和领悟控制变量法、比较分类法、理想实验法、归纳推理法、图像法等物理思维方法,促进初中物理与小学科学教材中思维方法的有序衔接.