課堂教學中如何構建物理思維過程
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如何使學生正確分析物理過程、提高思維能力,是培養(yǎng)學生分析物理問題和解決物理問題的能力的基礎和關鍵所在。在物理課堂教學過程中,我們經常發(fā)現有些學生由于對物理過程分析不清、認識模糊,導致對物理概念和規(guī)律理解不透,也就不能靈活地運用已學過的物理知識解決具體問題。為此,就課堂教學中如何構建物理思維過程,筆者從三個方面談談自己的看法。
一、精心設計問題情境,展示思維過程
每個物理概念的形成和物理規(guī)律的發(fā)現幾乎都要經過前人長期觀察、實驗、比較、分析、抽象、概括、創(chuàng)造的過程。我們通過細心體會,抓住它的精神實質,精心設計教學情境,充分暴露這些過程,引導學生在舊知識的基礎上進入新課題,就可使學生的思維處于亢奮狀態(tài),增強學生的內在活力,使學生自覺成為學習的主體,領悟新概念,掌握新規(guī)律。如“萬有引力定律”的教學,可通過以下幾個問題的設計,引出萬有引力概念:
設問一,樹上的蘋果總是往地上落,這是為什么呢?生答:這是由于重力作用的緣故。如果蘋果樹很高,蘋果還會落地嗎?生答:蘋果照樣會落地。(由日?,F象提出問題,并把問題向外延伸:不僅在地表附近有重力作用,而且在地表上空也處處存在重力作用。)
設問二,如果把蘋果放到月亮那樣的高度,它還會落地嗎?生答:蘋果還是會落地的。但是,月球本身為什么不落到地球上呢?(把重力作用延伸到月球軌道上去,出現了矛盾。)
設問三,如果月球不受力,它將做什么運動?生答:它將做勻速直線運動。如果月球受重力但沒有切向線速度呢?生答:它將和蘋果一樣落地。(事實上,月球繞地球做勻速圓周運動,這是需要向心力的,這個向心力就是地球對月球的引力。)
設問四,如果在地面附近把蘋果水平拋出,則蘋果將沿曲線軌道落地。蘋果距地面越高,水平速度越大,則落地點越遠。當速度很大時,蘋果還會落到地球上嗎?生答:這時蘋果就會繞地球旋轉,而不再落地。(這種情況在實際中是沒有的,但在想象中可能“實現”。這里,學生在思維中已經悟出了人造地球衛(wèi)星的可能性:只要它的速度足夠大,它就跟月球一樣繞地球轉而不落地。)
設問五,月球繞地球運動,蘋果在一定條件下也可繞地球運動;蘋果落地,月球在一定條件下也可“落地”。相同的結果可能來自相同的原因嗎?學生猜想:蘋果所受重力和月球所受引力可能是同一種力。(把天體運動和近地物體運動加以對比,找出相似點,提出猜想,這是發(fā)現萬有引力定律的關鍵。)
設問六,行星繞日運動也和衛(wèi)星繞行星運動相似。
那么,重力、行星對它的衛(wèi)星的引力、太陽對行星的引力是否可能是同一種性質的力?
設問七,既然一切天體之間都有引力,天體(如地球)對物體(如蘋果)之間也有引力。那么,是否由此可以猜想,所有物體之間都存在互相吸引的力呢?(這就是萬有引力思想。由于一般常見物體間的引力是難以察覺的,提出這一思想是需要大膽的想象力和深刻的洞察力的。)
二、精心設計探索性實驗,展示思維過程
開展物理實驗不僅能為學生正確認識事物及其變化規(guī)律提供事實依據,還能培養(yǎng)學生的觀察能力、分析能力、實踐能力和創(chuàng)新精神,教師在課堂教學中應利用這一優(yōu)勢,設計啟發(fā)性強、能充分發(fā)揮其特有功能和作用的實驗進行過程教學。如在“楞次定律”的教學中,要求學生進行自主實驗操作,通過分析實驗現象,探索物理規(guī)律。
對實驗記錄進行討論、分析可知:感應電流的方向與原磁場B的方向及磁通量變化的關系無固定的規(guī)律,說明上面的實驗觀察內容還不全面。這時再引導學生從能量守恒的觀點去分析:感應電流不是憑空產生的,在磁鐵插入線圈的過程中,一定需要克服某個力做功,將機械能轉化為電能。這是個什么力呢?學生討論,覺得研究感應電流產生的磁場方向很重要。于是,在原來表格中再加一項內容:感應電流的磁場B的方向,重做實驗,將4次現象再記錄。
進一步分析感應電流磁場方向與原磁場方向時發(fā)現:當磁通量增大時,感應電流磁場方向與原磁場的方向相反(如第1次和第3次);當磁通量減少時,感應電流磁場方向與原磁場方向相同(如第2次和第4次)。接著引導學生用自己的語言來表述這一規(guī)律,學生往往表述為“感應電流的磁場阻礙磁通量的變化”。這時教師提問:是有時阻礙,還是總是阻礙?學生明白應該為“總是阻礙”。最后學生準確地表述了這一規(guī)律:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。這就是楞次定律的內容。
三、構建物理圖景,展示思維過程
充分挖掘并利用物理圖景的功能,引導學生學會正確構建物理圖景,對提高學生分析問題和解決問題的能力及開發(fā)學生的智力有著極其重要的意義。特別在解出現隱含條件的習題時,由于學生缺乏思維的全面性、深刻性,他們感到解答這類問題的難度較大。我們在教學中可用情景示意圖或框圖來揭示題目的含義,引導學生展示思維過程。
在過程教學中,展示思維的方法還有很多,如運用先進的多媒體教學手段,將抽象的物理概念、物理規(guī)律及物理問題直觀化,以及透視日常生活現象等。無論用哪一種方法都要本著有利于學生思維能力培養(yǎng)的原則。在強調展示思維過程的同時要注意對于一些一看就懂、一點就通的知識不要故弄玄虛,對超越教材、超越大綱的知識不要不著邊際地延伸、拓寬,還要注意教學的重點和難點、教學的密度和教學的效率,以免增加學生的負擔。
一、精心設計問題情境,展示思維過程
每個物理概念的形成和物理規(guī)律的發(fā)現幾乎都要經過前人長期觀察、實驗、比較、分析、抽象、概括、創(chuàng)造的過程。我們通過細心體會,抓住它的精神實質,精心設計教學情境,充分暴露這些過程,引導學生在舊知識的基礎上進入新課題,就可使學生的思維處于亢奮狀態(tài),增強學生的內在活力,使學生自覺成為學習的主體,領悟新概念,掌握新規(guī)律。如“萬有引力定律”的教學,可通過以下幾個問題的設計,引出萬有引力概念:
設問一,樹上的蘋果總是往地上落,這是為什么呢?生答:這是由于重力作用的緣故。如果蘋果樹很高,蘋果還會落地嗎?生答:蘋果照樣會落地。(由日?,F象提出問題,并把問題向外延伸:不僅在地表附近有重力作用,而且在地表上空也處處存在重力作用。)
設問二,如果把蘋果放到月亮那樣的高度,它還會落地嗎?生答:蘋果還是會落地的。但是,月球本身為什么不落到地球上呢?(把重力作用延伸到月球軌道上去,出現了矛盾。)
設問三,如果月球不受力,它將做什么運動?生答:它將做勻速直線運動。如果月球受重力但沒有切向線速度呢?生答:它將和蘋果一樣落地。(事實上,月球繞地球做勻速圓周運動,這是需要向心力的,這個向心力就是地球對月球的引力。)
設問四,如果在地面附近把蘋果水平拋出,則蘋果將沿曲線軌道落地。蘋果距地面越高,水平速度越大,則落地點越遠。當速度很大時,蘋果還會落到地球上嗎?生答:這時蘋果就會繞地球旋轉,而不再落地。(這種情況在實際中是沒有的,但在想象中可能“實現”。這里,學生在思維中已經悟出了人造地球衛(wèi)星的可能性:只要它的速度足夠大,它就跟月球一樣繞地球轉而不落地。)
設問五,月球繞地球運動,蘋果在一定條件下也可繞地球運動;蘋果落地,月球在一定條件下也可“落地”。相同的結果可能來自相同的原因嗎?學生猜想:蘋果所受重力和月球所受引力可能是同一種力。(把天體運動和近地物體運動加以對比,找出相似點,提出猜想,這是發(fā)現萬有引力定律的關鍵。)
設問六,行星繞日運動也和衛(wèi)星繞行星運動相似。
那么,重力、行星對它的衛(wèi)星的引力、太陽對行星的引力是否可能是同一種性質的力?
設問七,既然一切天體之間都有引力,天體(如地球)對物體(如蘋果)之間也有引力。那么,是否由此可以猜想,所有物體之間都存在互相吸引的力呢?(這就是萬有引力思想。由于一般常見物體間的引力是難以察覺的,提出這一思想是需要大膽的想象力和深刻的洞察力的。)
二、精心設計探索性實驗,展示思維過程
開展物理實驗不僅能為學生正確認識事物及其變化規(guī)律提供事實依據,還能培養(yǎng)學生的觀察能力、分析能力、實踐能力和創(chuàng)新精神,教師在課堂教學中應利用這一優(yōu)勢,設計啟發(fā)性強、能充分發(fā)揮其特有功能和作用的實驗進行過程教學。如在“楞次定律”的教學中,要求學生進行自主實驗操作,通過分析實驗現象,探索物理規(guī)律。
對實驗記錄進行討論、分析可知:感應電流的方向與原磁場B的方向及磁通量變化的關系無固定的規(guī)律,說明上面的實驗觀察內容還不全面。這時再引導學生從能量守恒的觀點去分析:感應電流不是憑空產生的,在磁鐵插入線圈的過程中,一定需要克服某個力做功,將機械能轉化為電能。這是個什么力呢?學生討論,覺得研究感應電流產生的磁場方向很重要。于是,在原來表格中再加一項內容:感應電流的磁場B的方向,重做實驗,將4次現象再記錄。
進一步分析感應電流磁場方向與原磁場方向時發(fā)現:當磁通量增大時,感應電流磁場方向與原磁場的方向相反(如第1次和第3次);當磁通量減少時,感應電流磁場方向與原磁場方向相同(如第2次和第4次)。接著引導學生用自己的語言來表述這一規(guī)律,學生往往表述為“感應電流的磁場阻礙磁通量的變化”。這時教師提問:是有時阻礙,還是總是阻礙?學生明白應該為“總是阻礙”。最后學生準確地表述了這一規(guī)律:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。這就是楞次定律的內容。
三、構建物理圖景,展示思維過程
充分挖掘并利用物理圖景的功能,引導學生學會正確構建物理圖景,對提高學生分析問題和解決問題的能力及開發(fā)學生的智力有著極其重要的意義。特別在解出現隱含條件的習題時,由于學生缺乏思維的全面性、深刻性,他們感到解答這類問題的難度較大。我們在教學中可用情景示意圖或框圖來揭示題目的含義,引導學生展示思維過程。
在過程教學中,展示思維的方法還有很多,如運用先進的多媒體教學手段,將抽象的物理概念、物理規(guī)律及物理問題直觀化,以及透視日常生活現象等。無論用哪一種方法都要本著有利于學生思維能力培養(yǎng)的原則。在強調展示思維過程的同時要注意對于一些一看就懂、一點就通的知識不要故弄玄虛,對超越教材、超越大綱的知識不要不著邊際地延伸、拓寬,還要注意教學的重點和難點、教學的密度和教學的效率,以免增加學生的負擔。