初中物理中“思想方法”的教学

李宝银

(江苏省海安市紫石中学,江苏 海安 226600)

《江苏省义务教育学科核心素养与关键能力框架(试行)》中,认定初中物理核心素养由实验探究、概括理解、实践应用、求实创新四个维度构成.“实践应用”是指在应用物理知识解释自然现象和解决实际问题过程中表现出来的能力[1].本文就“实践应用”维度中的“思想方法”的教学谈点看法和建议.

1 “思想方法”的内涵解读

文献[2]的研究成果表明,“思想方法”是指人们认识客观世界的一些基本观点和基本方法,例如实验探究中常用的控制变量、转换思想、理想化实验,曹冲称象时所用的等效替代等;也包括科学探究中运用的,具有某种技能性的方法,例如运用表格、画图处理实验数据的方法;也包括用方程、图像等数学工具解决实际问题的方法.

解答选择题所用的排除法、极端法等解题过程中的一些技巧性方法,不在“思想方法”之列.学生解题需要“排除法”时,往往有某个方面的知识缺损,而不能用其分析判断;教师教学采用“排除法”选择答案时,往往会导致大量的学生知其然,而不知其所以然.显而易见,解题时“排除法”用得越多,越不利于对物理知识的全面而正确认识,有害于物理观念的形成.

极端这类技巧性方法往往有其适用的“条件”,“条件”对路可以提高解题速度,“条件”不对路麻烦就来了.现通过两例说明.

图1

例如,如图1所示,杠杆两端挂的质量不等的物体A和B,杠杆在水平位置平衡.现将A、B同时向支点移动相同的距离,杠杆将________(选填:“左端下沉”“右端下沉”或“水平平衡”).

采用极端法,假设将物体B移动到支点O,物体B对杠杆的作用力通过支点,对杠杆的平衡没有影响,而物体A仍在支点的左侧,物体A对杠杆的作用力,使其左端下沉.“快”!只要短短的几秒钟.

图2

例如.如图2所示,电源电压为9 V,灯泡L的阻值约为12 Ω,变阻器R的最大阻值为20 Ω,将变阻器的滑片P由图示位置向右移动的过程中,变阻器消耗的电功率是

(A) 变大. (B) 变小.

(C) 先变大后变小. (D) 先变小后变大.

如果把上例中的方法迁移过来,将滑片P移动到最右端,这时变阻器两端的电压为零,电功率为零,肯定会有很多学生选电功率“变小”,而出错.如果学生选择变阻器的滑片在图中位置和中点位置进行比较,会有很多学生选电功率“变大”,而出错.只有通过数学工具进行正确推理的学生,才会选电功率“先变大后变小”,且明了变阻器的电阻和灯泡的电阻相等时,变阻器消耗的功率最大．

事实上,过分强调“极端”这类技巧性方法的教学行为危害很大.一方面,学生缺少用常规思路分析解决问题的体验,造成用常规思路分析解决问题的水平不高,面对陌生问题时往往会束手无策;另一方面,违背科学本质教学的基本要求,有害于学生科学世界观和学科核心素养的养成.

2 “思想方法”教学习策略

2.1 在知识建构中感悟与理解

在物理概念和规律的教学中,教师应当创设条件,引导学生在运用已有的知识,沿用科学家的思维方法来构建物理知识;同时注意将知识构建过程中的主要思想方法进行显现,让学生感悟了解这些思想方法.但要注意下列三点:

① 重点揭示.一节课往往要涉及到两个以上的思想方法,是不是每种思想方法都要让学生搞清楚,这显然是不必要的,应该有选择地揭示,否则就会冲谈对物理主要知识的掌握,甚至会湮没学科的知识结构.

例如,八年级“牛顿第一定律”教学中,不仅要引导学生根据“探究阻力对物体运动的影响”的实验现象,逐步推演出牛顿第一定律,而且要告诉学生这种根据实验现象推理结论的方法,是重要的科学方法——理想化实验.小车从斜面的同高度滑下来,只要学生知道是保证小车到达平面的速度相同,根据小车在平面上滑行的距离来比较阻力对运动的影响,而没有必要在控制变量法、转换法上耗费时间.

② 适时显现.同一种思想方法往往会在很多场合出现,没有必要也不能在每次将其显现出来,应该循序渐进.初次出现时,教师应该让学生自己体验和感悟;时机成熟时,教师再告诉学生这些思想方法的名称,并且要求学生回忆在前面哪些地方运用到这样的思想方法;再往后,教师应该引导学生灵活运用这些方法参与物理知识建构.

例如,八年级“探究影响滑动摩擦力大小的因素”等实验中,就在运用控制变量进行实验探究,九年级“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”时,才对“控制变量法”进行介绍,到了“探究影响电流热效应的因素”时,应该直白地问“需要控制哪些物理量?如何进行控制”.

③ 关注应用.思想方法的教学,关注的不是思想方法的名称,而是思想方法的实际运用.

例如,“转换法”是初中物理中运用最多的方法,每章都有它的“踪影”,吝啬的教材就是没有它的“名字”.实际教学中,教师没有必要也不能把大量的思想方法名称灌输给学生,甚至要求学生记住.

2.2 在问题解决中运用与活化

根据思想方法的内涵界定,在解决问题的过程中,应该注意下列三方面的方法训练.

① 科学思维.在解题过程中运用物理方法主要是训练学生的科学思维方法,以期发展学生的思维能力和分析解决问题能力.实际教学中教师注意根据题目的特点,选择不同的方法分析解答,并鉴赏比较,在活跃学生思维的同时,启迪学生选择最佳的研究方法.

图3

例如,如图3所示,此时蜡烛通过凸透镜在光屏上形成一个清晰的像.现保持凸透镜的位置不变,将光屏与蜡烛的位置对调,则光屏上成

(A) 倒立模糊的实像.

(B) 倒立缩小的实像.

(C) 倒立放大的实像.

(D) 正立放大的实像.

根据探究凸透镜成像规律的结论,学生容易发现图中蜡烛在凸透镜焦点和两倍焦距之间,光屏在凸透镜的两倍焦距之外,光屏上是一个倒立放大的实像.把蜡烛放到图中光屏的位置,蜡烛应该在凸透镜的另一侧呈现倒立缩小的像,但学生不能肯定这个像在不在原来蜡烛的位置上.为此,一是通过实验揭示“现保持凸透镜的位置不变,将光屏与蜡烛的位置对调,光屏上呈现倒立缩小的像”.二是引导学生进行“逆向思维”:凸透镜成像的光路是可逆的,将光屏与蜡烛的位置对调,经过凸透镜某个位置光的传播方向发生改变,但经过的路径不会改变,即从烛焰上某点发出的光线仍就会在光屏上成像.前者对有准备的教学而言是简单而可行,用其解决实际问题时,往往会因手头没有器材而望洋兴叹,显然后者才是解决实际问题的可行而快捷的方法.

② 由数据出结论.根据实验数据总结规律时,指导学生运用表格处理实验数据;若从表格数据不能显现物理规律时,运用恰当的坐标图像呈现实验数据,然后根据图像的特点,判断物理规律.

③ 数学工具.研究物理问题离不开数学工具,尤其是函数图像.对函数图像不仅要引领学生运用其处理实验数据、从图像总结规律,还要注意凭借图像来描述物理过程、求解物理量、对物理问题进行判断论证等.

图4

例如.(2015年南通中考)如图4所示电路中,电源为恒流源,能始终提供大小恒定的电流,R0为定值电阻.移动滑动变阻器R的滑片,则下列表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中(图5),可能正确的是

图5

本题为中考的压轴题,对数学工具运用方面的要求较高,既要学生把试题中信息转化为“电压表示数U随电流表示数I变化的关系:U=R0I总-IR0”和“电路总功率P随电流表示数I变化的关系:P=R0I总(I总-I)”,还要学生能根据函数关系去选择正确的图像.

正确答案为(C),难度系数0.19,选择各个选项的人数如图6所示.选择(B)选项的学生最多,且远远高于其它选项．考后追踪访谈表明,这部分学生根据试题中信息只寻求了“电压表示数U随电流表示数I变化”的定性关系,并据此选择了答案.

图6

例如.(2017年南通中考)如图7是模拟空调温控装置原理的简化电路,电源电压为6 V,R1为电阻箱,L为阻值不计的线圈,R2是热敏电阻,当电阻R1调到1 kΩ时,能接通受控电路.已知热敏电阻的电流随电压变化的I-U关系图象如图,则此时控制电路中的电流为________A.(注:限于篇幅,只保留文章必需的内容)

甲

乙

本题只有在乙图中画出电阻R1=1 kΩ时,电流随电压变化的图像(图中虚线),才能根据图像找到控制电路中的电流为2.0 mA,两个电阻的总电压恰好为6 V.当然,本题还可以根据串联电路的知识,推导出热敏电阻电流和电压的关系:U=6-103I,在乙图中画出其关系图像(图中点划线),根据其相交点确定控制电路中的电流为2.0 mA.

显然,教师要注意图像、方程等数学方法在物理解题中的运用.只有经常这样,学生面对复杂而陌生的问题才能有思路、有智谋,才能灵活娴熟地运用数学工具.