基于思想方法的高中物理教学策略

申庭庭 姜 峰

(1. 江苏省苏州实验中学科技城校,江苏 苏州 215000; 2. 连云港市教育局教研室,江苏 连云港 222006)

通过知识的学习,培养和发展学生的核心素养,是当下学科教学的目标和价值追求．而在获取知识和技能的过程中,习得方法、领悟学科的思想和价值、形成学科的思维方式和观念则是核心素养的重要体现．学科思想方法是指能够反映学科知识本质、学科思维特点和学科学习规律,对分支学科发展和学生学科综合素养发展起着决定性作用的那些基本观念、思想和方法．[1]教学过程中引领学生在建构知识的同时领悟思想方法,学会用物理思想方法分析解决问题,可以促进学生对知识的深度学习,提升思维品质,领悟学科的精髓实质,形成物理观念,发展核心素养．

1 经历过程体验,感悟思想方法

受传统教学观念的影响,许多教师在进行知识教学时,只重知识的符号表征,忽视潜藏于知识深处的思维方式、思想方法及价值意蕴,教学呈浅表化．为体现核心素养的教学要求,教师要超越对知识和技能的简单传授,引导学生体验知识的生成过程,思考知识的深层意义,感悟其中的物理思想方法．

图1

图2

2 经历建构过程,渗透思想方法

物理思想方法不同于概念、规律等有形的知识,它隐含于知识的形成、发展过程之中,具有抽象性、过程性、递进性等特点,学生对物理思想方法的理解和掌握不可能是一蹴而就、一步到位的,必定要经历一个逐步深入、螺旋上升的过程．因此,对物理思想方法的教育不能强行灌输,而应采取循序渐进、逐步渗透的策略,通过由浅入深的知识学习,让学生在建构知识的过程中经历由领悟思想方法到提炼思想方法，再到掌握思想方法进而学会应用思想方法的过程．教师要深入挖掘教材中的思想方法要素,理清知识中的思想方法线索,对思想方法的教学要有计划、有步骤的渗透,做到潜移默化,润物无声．

如对微元和极限的思想方法的学习,可以采用如下的渗透策略,第一,经历瞬时速度概念的建立过程,初步领悟微元、极限的思想方法．由平均速度的定义结合极限的思想得出瞬时速度的概念;通过实验测量瞬时速度的大小,分别用打点计时器测速度、借用传感器用计算机测速度、用气垫导轨和数字计时器测速度等,从实践层面去理解瞬时速度的概念,体会汽车中的速度计等现实生活中的测量都是由近似向精确逼近的过程,感悟极限思想在生活中的应用;第二,根据速度图像利用微元法和极限的思想推出匀变速直线运动的位移公式,进一步渗透极限的思想方法,初步学会应用微元法和极限的思想；第三,逐步深化对微元和极限思想方法的理解和应用．在此后的学习中,曲线运动中速度的大小及方向的探究、探究向心加速度大小的表达式、一般曲线运动采用圆周运动的分析处理方法、物体沿任意路径向下运动时求重力做的功、探究弹性势能的表达式等,运动形式由直线到曲线,知识内容由速度到加速度,由状态量(速度、加速度)到过程量(功、弹性势能),知识的学习逐步深化和拓展,但对问题的分析、处理都离不开微元和极限的思想方法.教师可根据教学实际,以微元和极限的思想方法为主线,将上述知识串联起来,让学生在探究知识的过程中,深化对思想方法的理解和应用,逐渐学会用微元法和极限的思想去分析解决问题,体验和感悟微元法及极限思想在分析解决问题中的重要作用和意义．

3 形成物理观念,提炼思想方法

物理思想方法是物理知识生成和发展过程中形成的分析解决问题的策略,是基于对学科知识的深度思考所凝练而成的学科观念和思维方式,它就像一根红线隐含于物理知识之中,连接着知识的结构、组织形式和逻辑关系．对物理思想方法的建构依赖于对物理知识的深度理解和应用,物理知识的生成和发展过程、抽象表征及其潜藏的价值意义都需要学生去经历、探究、体验和感悟,而经历知识学习过程所凝练成的物理观念和思维方式反过来又会促进对新知识的学习,促进物理思想方法的形成．因此,教师要关注知识形成过程中所凝练出的思想方法和思维方式,引领学生从学科的视角分析问题,逐步形成学科的观念和思维方式．教师要在物理思想方法的观照下从单元整体的视角去设计教学,用物理思想方法去统摄知识、引领学生深度学习,在对物理概念、规律抽象和概括的过程中,感悟物理学科的本质,养成物理学科独特的思维方式,在形成物理观念的过程中,提炼物理思想方法．

人教版必修2第5章“曲线运动”中,按照曲线运动→平抛运动→匀速圆周运动→变速圆周运动和一般曲线运动的逻辑顺序编排的,这样的编排体现了从简单到复杂、从一般到特殊再到一般的认知规律．曲线运动是一种复杂的平面运动,它是直线运动的拓展,是运动与力关系的进一步深化,也是力的合成与分解方法在曲线运动中的迁移和应用,涉及到分析综合、等效替代和极限等思想方法．教师要从单元整体的视角设计教学,用物理思想方法统摄教学．首先,在第1节“曲线运动”中,渗透等效的思想方法,引导学生用运动的合成与分解的方法研究曲线运动,建立直角坐标系,将位移、速度等矢量分解为相互垂直的两个方向的分矢量,将复杂的曲线运动等效为两个方向的分运动,并通过应用运动合成与分解的方法分析研究蜡块的运动,体会“化曲为直”“化繁为简”的思想;然后,指导学生利用运动合成与分解的思想方法探究平抛运动的规律、探究圆周运动中向心加速度大小的表达式、分析变速圆周运动和一般的曲线运动,学会用矢量合成与分解的方法分析解决平抛运动及圆周运动、一般曲线运动的问题;最后,引导学生建构曲线运动单元的知识结构,理解曲线运动知识的逻辑关系,在建构曲线运动规律、深度理解曲线运动中运动和力的关系的同时提炼出等效合成与分解的思想方法,并体会等效合成与分解的思想方法在分析解决曲线运动中的作用和意义．

4 应用思想方法,提升关键能力

通过知识的学习理解和掌握思想方法,目的是应用思想方法,在面对生产、生活中新出现的问题时,能够用自己所习得的思维方式和思想方法去建构模型,分析解决问题,将静态的思想方法转化为动态的问题解决的关键能力,提升自身的核心素养．由于对思想方法的学习是一个循序渐进的过程,因此,在教学过程中要注重对思想方法的迁移应用,在学习过程中,逐步学会用所学的思想方法去分析解决问题,提升自己的思维品质和关键能力．

图3

设物体做匀速圆周运动的速率为v,圆半径为r,取非常非常短的时间间隔t,物体由A沿圆周运动到B,对应的圆心角为θ．将圆周运动等效为沿速度方向的匀速直线运动和沿半径方向的匀加速直线运动,设沿半径方向的加速度大小为a,建立如图3所示平面直角坐标系．则有

x=vt，

(1)

(2)

y=r(1-cosθ)，

(3)

x=rsinθ.

(4)

圆周运动是一种更加复杂的曲线运动,体现在加速度不断变化,采用上述方法探究加速度的表达式,既是对平抛运动研究方法的迁移应用,也是对微元和极限思想在曲线运动中的拓展,尤其是让学生理解,当时间非常非常短时,曲线可以当成直线来处理,变量可以当作不变量来处理,是“化曲为直、化变为恒”思想的进一步深化．

物理思想方法不是有形的知识,它是个体在分析解决问题过程中经过提炼而形成的解题策略和思想观念,若干年以后,所学的知识可能会遗忘掉,但在知识学习过程中所凝练而成的思想方法是不会被遗忘的,而是会作为一种素养伴随着人的一生,促进着人的发展．