深度思考在学科核心素养培养中的实践应用——以初中物理“二力平衡”教学为例

陆云凤

(海安市雅周镇初级中学,江苏 海安 226641)

深度思考要求经历从具体到抽象的转化,从局部到整体的概括,从微观到宏观的提升,从事理到哲理的锤炼[1].只有自己用心悟出来(深度思考)的东西才属于自己,才能灵活运用、机智应对.物理教学中,教师需要根据教学内容的特点提出恰当的问题,学生运用恰当的方法思考解决教师提出的问题,在思考解决问题的过程中,生成和发展学科核心素养[2].文章基于初中物理“二力平衡”的教学,对深度思考发展学科核心素养进行研究分析.

1 分析思考

分析思考是针对不同物理现象和物理事实进行分析,从中发现共性,并根据共性生成物理概念.

1.1 教材结构

教材中“二力平衡”概念,都是基于事实分析总结而来.例如,在人教版教材中,基于如图1所示的情景:桌面上的花瓶、天花板上悬挂的吊灯、平直公路上匀速行驶的汽车.通过分析达成共识:物体受几个力作用时,可以保持静止状态或匀速直线运动状态.进而,教师可直接给出“几个力平衡”“平衡状态”的概念.

图1 平衡状态

1.2 不当行为

教学实践中,很多教师无视教材编者的意图,不对如图1所示的情景进行分析思考,而直接给出“平衡状态”等概念,然后运用习题理解这些概念.这样的教学方式表象快速、直击核心概念,教学效率高,但对物理观念的生成和科学思维的发展并不利.

1.3 素养教学

教学实践中,应该针对如图1所示的情景提出问题:这些物体各处于什么状态?它们分别受到哪些力的作用?通过问题引导学生思考达成共识:物体受几个力作用时,可能是静止或匀速直线运动状态,然后给出“平衡状态”“平衡力”概念.接着针对平衡状态概念提问,其中“几个力”“保持”“或”各意味着什么?引导学生达成共识:一个力作用的物体不可能平衡,平衡状态有静止和匀速直线运动两种,物体只有始终静止或匀速直线运动才能是平衡状态.这样的教学,学生经历了事例的分析思考,对平衡状态从感性到理性,通过对概念中关键字词的思考,把握概念的内涵和外延,有益于学生物理观念的形成[3].

2 论证思考

论证思考是科学探究中针对实验事实而进行的分析综合、推理论证,从中发现实验事实的本质属性、内在规律及相互联系,生成科学结论的思考.

2.1 教材结构

不同版本物理教材中的二力平衡条件,都是实验探究的产物.例如,在苏科版教材中,基于如图2所示的实验装置,对两个力不相等不能平衡、两力不在一条直线上不能平衡进行了论证.

图2 探究二力平衡条件

2.2 不当行为

常见的两种教学行为:一是根据前面的实验事实,提出二力平衡的条件是什么.这类问题,学生往往会基于教材现有结论回答出二力平衡的条件,这时的学生好像已经知道了二力平衡的条件,其实不然,因为学生没有经历对实验事实的深度思考,对二力平衡条件的内容是茫然的,尤其是意识不到两个力为什么要方向相反,两个力为什么必须作用在一个物体上,即学生没有真正理解二力平衡的条件,知其然不知其所以然.二是运用实验装置补充演示两个力方向相同不能平衡,平衡的卡片从中间剪开也不能平衡,针对实验事实总结出二力平衡的条件.这种教学行为补偿了第一种教学行为的缺点,顺应了学科特点和学生的特征,从直观的实验事实中发现科学的结论,教学过程顺畅.然而,这种根据实验事实直接看出结论的教学活动是浅层次的,制约学生科学探究和科学思维的发展.

2.3 素养教学

根据核心素养发展的要求,针对前面的二力不相等不能平衡、二力不在一条直线不能平衡的事实,提出问题:(1)如果作用在卡片上的两个力方向不是相反而是相同,卡片能否保持静止?(2)如果将平衡的卡片从中间剪开,在剪开的瞬间卡片能否保持平衡?引导学生针对前面的实验事实进行推理论证,从中领悟到:两个力方向相反,不在一条直线上时,都不能平衡,方向相同的两个力更不可能平衡;平衡的卡片从中间剪开,每个卡片只受一个力而不能平衡．两个问题引导学生基于实验事实和知识经验进行分析,获得正确的结论.从科学思维的角度着眼,教学活动既具有科学推理的行为表现,还具有科学论证的行为表现.

3 发散思考

发散思考也叫求异思考,针对问题情境、实验事实和物理结论进行视野广阔、多维发散状的思考.

3.1 教材结构

教材探究二力平衡条件的装置,研究对象的受力往往超过两个力.如图2所示,小卡片受细线的拉力之外还有重力作用.人教版教材中的探究装置如图3所示,小车受细线的两个拉力之外,不仅有摩擦力,还有竖直方向的重力和支持力.

图3 探究二力平衡条件

3.2 不当行为

苏科版教材中,如图4所示的信息快递的存在,教学进程中教师往往会直接告诉学生信息快递的内容,帮助学生扫清疑惑.使用其他版本教材的有些教师往往会对细线拉力之外的力视而不见,这种教学行为是对教材中培养学生质疑与创新资源的浪费.

图4 信息快递

3.3 素养教学

使用苏科版教材教学时,在探究结论得出之后,提出问题:小卡片真的在两个力作用下平衡吗?小卡片受细线的拉力之外还受什么力作用?引导学生发现问题、产生疑惑.接着提问:小卡片的重力对探究结论的可靠性有没有影响?为什么?引导学生达成共识:小卡片受重力作用,由于卡片的重力远小于对卡片的拉力,可以忽略,即重力对探究结论的可靠性没有影响,这就是为什么选择钩码,而不使用质量很小的物体的道理.上述教学活动,通过发散问题引导学生基于事实证据和科学推理,对探究结论进行反思和质疑,甚至提出创造性的见解.

4 逆向思考

所谓的逆向思维,就是从一个事情的反面或者另一个角度来思考.好多事情用普通的逻辑思维往往想不到解决方法,可以试着换个角度可能会得到很多的答案.

4.1 二力平衡的运用

如果二力平衡条件概念的建构是正向思维,二力平衡条件的应用就是逆向思维.例如,运用二力平衡条件,可以由一个力判断另一个力.为此,提问:物体在重力和拉力作用下平衡,由重力的三要素能否判断拉力的三要素?引导学生通过逆向思考对二力平衡条件分析解决问题的易错点进行辨析,达成共识:由一个力可以判断另一个力的方向和大小,而不能判断另一个力的作用点,只能认定两个力的作用线相同．

4.2 二力平衡的反思

静止的物体属于平衡状态,这时物体的速度为零,对其需要逆向思考:物体速度为零时,所受力是否一定为平衡力?引导学生通过逆向思考来辨析错误,学生会发现,物体的速度为零时,所受的可能不是平衡力,例如,竖直向上抛出的小球,虽然在最高点的速度为零,因其只受重力作用而不能平衡．

5 关联思考

关联思考就是运用关联知识解释、解决问题的思考,或将相似、相近内容联系起来思考,从中发现不同知识的内在联系.

5.1 平衡状态的内涵

所谓的平衡状态,就是物体的运动状态保持不变,也就是物体速度大小和运动方向保持不变(注:初中教学内容的限制,学生不会将平衡状态表述为速度不变).这样的教学,学生经历对平衡状态多种表述的思考,更容易在相关知识之间建立联系,有益于学生物理观念形成和开放创新思维能力的发展.

5.2 平衡力和相互作用力的辨析

可以提出问题:相互平衡的两个力和相互作用的两个力有哪些异同点?在学生思考回答的基础上,用如图5所示的结构显现出来.有了这样的辨析,学生遇到二力平衡和相互作用力的问题时,也就能正确分析.

图5 平衡力和相互作用力

6 结束语

深度思考不求面面俱到,应该根据教学内容的不同特征,提出恰当的教学问题,引导学生对相关知识进行深层次的思考,促进学生学科核心素养的长足发展.