基于初中物理易错问题发展高阶思维

刘彤 颜仁泽郝睿

摘   要：惯性一节相对初二学生来说过于抽象，传统教学方法只是在“伽利略理想实验”后提出惯性概念。由于理想实验缺乏感性认识，造成学生理解不深、产生盲区。基于惯性概念易错问题设计相应的教学环节，打破传统教学方式，分层深化、建构认知冲突从而发展高阶思维。

关键词：高阶思维；核心素养；惯性

引言

高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力[ 1 ]。《中国学生发展核心素养》明确指出，核心素养是教育领域的重点，高阶思维能力发展是核心素养中的核心[ 2 ]。由此可见，发展高阶思维是物理教学中的重点环节，这就要求教师在物理教学中需要充分了解学生的思维关键点，以此为引导进行知识的深化和升华，从而培养初中生在物理学科的高阶思维能力。

“惯性”概念在人教版八年级物理第八章第1节“牛顿第一定律”的第二课时提出的，《义务教育物理课程标准（2022版）》中对其内容要求设定为：了解惯性，能运用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象[ 3 ]。但是惯性概念过于抽象，学生在学习中易产生学习障碍和学习误区。基于学生在“惯性”一节中的易错问题设计相应的教学环节，利用高阶思维分析、评价和创新层次扫清学生的学习障碍，从而促进教学的有效开展。

1  学习障碍归因

截取人教版八年级物理教材“惯性”概念内容，如图1所示。不难发现，传统课程中惯性概念的引出过程过于生硬、突兀。牛顿第一定律是基于前人在经验和事实的基础上得到的理想化结论，在课堂或是现实生活中不能够直观地观察到实验现象，学生对牛顿第一定律进行认知建构时会出现一定的障碍。在第一课时学习后，教学过渡中仅仅是“从牛顿第一定律可以知道...”，对牛顿第一定律的前概念并未完全理解和掌握的情况下进行以此为基础的第二课时“惯性”的学习。这样的处理方式， 看似降低了教学难度， 但实际上增加了教师授课的难度[ 4 ]。

2  易错问题

在“惯性”课节的教学活动中，根据学生的作业与考试反馈可以将学生的高频易错问题大致归于以下两种：

易错问题1：静止的物体没有惯性，运动的物体有惯性；惯性大小与速度有关。

八年级的学生习惯用形象思维来认识和评价事物，抽象思维仍不完善。介于“牛顿第一定律”的学习，学生容易认为运动状态会影响惯性大小，认为同一个物体在静止和运动时具有的惯性不同；速度大的物体具有的惯性大，速度小的物体具有的惯性小。

易错问题2：惯性是一种力。

例如学习重力和弹力时，有天平和弹簧测力计进行相应的测量，学生能够清晰、形象的观察到实例。学习“惯性”之前，学生分析状态过程都是以某某力的形式出现，所以学生潜意识里也将“惯性”归结为一种力。在绘制受力示意图和解题运算时，会将“惯性”加入其中，错误实例如图2所示。

根据以上易错问题，设置相应的教学环节和工作单，通过教学干预改变学生的思维关键点，培养基于“惯性”物理概念的高阶思维。

2.1  重拾旧知，概念分层深化

结合图3工作单（一）回顾物体的状态需要力来改变，静止的小车需要一个推力才能运动起来，运动的小车受到摩擦力和空气阻力最终会停止。如果没有外力作用，物体会保持原来的状态。

教师归纳总结：不管静止还是运动的物体，总是具有维持原来状态的趋势或意向，进而引出惯性概念。结合图3工作单（二）中设置的问题，深次层剖析惯性概念，从概念出发理解：惯性不是力：惯性与力有本质区分，惯性是物体具有的一种属性，而力是物体对物体的作用；惯性大小与速度无关：适用对象是一切物体，不管静止或者运动的物体都具有惯性。

2.2  扩展延伸，提升生活体验

生活中在分辨生鸡蛋和熟鸡蛋时会将它们放在桌子上旋转，旋转时间长的是生鸡蛋，这是为什么？

教师通过此环节培养学生在学习物理概念之后的灵活运用以便学生能更加全面系统地掌握物理知识与概念，设置如图3工作单（三）。

2.3  认知冲突，深探问题本质

学生在搜集生活中应用惯性的例子之后默认相连通的物体，当一方速度改变时，另一方由于惯性仍保持原来状态进而具有相对前一方相反方向的运动。教师凭借学生的思维定势，进行如下小实验建构学生的认知冲突。

小實验：将装有水的玻璃缸放置在桌面上，将被玻璃缸底部用细绳系住的空乒乓球和一装满沙子的乒乓球放在水中，控制两者深度相同，大小相同，只有质量不同。接着快速拉动玻璃缸，学生观察现象。

实验现象：空乒乓球随着玻璃缸动的方向同向，而重的乒乓球却与之反向。

教师提问：按照惯性的定义，物体应该具有保持原有状态的性质。那么为什么两个小球的运动状态不同呢？

学生提出猜想可能是由于质量不同导致惯性大小不同，从而两个乒乓球发生不一样的运动状态。

设计意图：开始建立认知冲突，引导学生自主思考，在控制变量的情况下学生通过实验现象主动提出惯性大小的影响因素，进而利用验证性实验进一步验证惯性大小是否和质量有关。

探究实验：利用有斜面装置的轨道，将小车放置在某一高度处。在平面轨道上固定位置放置一个空塑料瓶。将小车无初速度释放，使其碰撞空塑料瓶，记录空塑料瓶撞飞距离，接着向塑料瓶子分次加入水，改变其本身的质量，继续测量撞飞距离。

设计意图：由于惯性大小无法被直接测量，教师引导学生从惯性概念入手进行思维转化，将测量惯性大小可视化的转化为改变一个物体状态的难易程度，如上述环节所示，当撞飞距离越大，证明越容易改变物体的原有状态，则惯性越小。

3  总结

惯性概念是九年义务教育物理教材中教学的难点。而现如今，初中大部分惯性课程的讲解多偏向于“一言堂”，这种教学方式使学生无法发展高阶思维和深度探究，从而对概念理解不深，导致了以上的易错问题出现。概念分层深化和主动建构相应的认知冲突的教学方式不仅强化学生对惯性知识的灵活学习和应用，还可以培养学生质疑创新的高阶思维。

参考文献：

［1］ 李树祥.高阶思维能力培养，问什么[J]. 物理教学， 2022， 44（3）：13-16.

［2］ 核心素养研究课题组.中国学生发展核心素养[M]. 北京： 北京师范大学出版社， 2016.

［3］ 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2022.

［4］ 黄贵茹.关于初中物理“惯性”教学的几点建议[J].考试与评价， 2016（4）：105.