物理教學中凸顯思維活動過程的策略

許 芹

（江蘇省天一中學，江蘇 無錫 214101）

隨著新課程的逐漸推進，我們已認同教學要注重過程，注重過程中思維活動的質量，但由于應試的壓力、習慣引起的惰性等原因，在真實的課堂中，“重結果、輕過程”“重知識，輕思維”導致的滿堂灌現象還是比比皆是.

物理課堂應創設讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考，給學生以充分自由、想象、思考、假設、實驗的時間和空間，決不能把物理教學作為“結果”來進行，而應充分凸顯思維活動的過程——問題的發現過程、概念的形成過程、規律的揭示過程、方法的思維過程以及教師和學生的共同探索、學習過程等.要做到這些，對于物理教師而言，掌握實施的策略顯得尤為重要.

1 以“對話”凸顯思維活動過程：想清楚了才能說清楚

這里的“對話”，是指教師、學生、書本間的互動“對話”，可以是師生對話、生生對話，生本對話和師本對話.師生對話是教師與學生以學習內容為“話題”，憑借自己的經驗，用各自獨特的精神表現形式，在教學過程中通過心靈的對接、意見的交換、思想的碰撞、合作的探討，實現知識的共同擁有與個性的全面發展；生生對話指的是學生各抒己見，彼此對話、相互交流；生本對話是學生與教材的對話，這種對話并不以口頭語言的交會為特征，而是通過人對文本的理解和批判展開在教學中；師本對話是指教師與文本的深入交流，是教師對文本的豐富詮釋和深刻發現.

物理教學中的對話是伴隨性的，是圍繞著科學問題的發現、假設和最終解決這條主線來展開的.對話在問題解決過程中，其實就是一種“出聲的思想交流”，通過“出聲”使謬誤得以暴露和澄清，使靈感得以閃現和相互啟發，使解決問題的思路得以優化和清晰…，物理教學中的對話，實質是與世界尤其是與自然的對話、與科學大師的對話、與問題的對話.

例如，電場強度教學片斷對話如下.

師：電場有強弱嗎？如果有，怎么來描述電場的強弱呢？

生1：電場肯定有強弱，因為剛才的實驗顯示，帶電小球在電場的不同位置受力是不一樣的.我覺得可以用電場力來描述電場的強弱.

生2：我贊同這個觀念，我也認為可以用電場力來描述電場的強弱，帶電小球所受電場力大，說明那兒的電場強.

師：有沒有不同意見？

生3：我覺得用電場力來描述電場的強弱會有問題的.剛才實驗中帶電小球A在電場a位置受的電場力比b位置受的的電場力大，則a位置電場強.但如果我拿一個帶大電荷量小球B來做實驗，它在b位置受的力有可能比A小球在a位置受的力還大呢，那按照剛才電場力大場強就大的觀點，又要b位置的場強大了？那這樣豈不是矛盾了.

生4：不能用不同的電荷所受電場力的大小來描述電場強弱，應該是相同的電荷在某處所受的電場力大，說明那兒電場強.這樣就不會有矛盾了.

生5：我覺得應該用F／q來描述電場的強弱.

師：好，新的觀念，請你與大家分享你的思考過程.

生5：我覺得電場的強弱應該由電場自己決定，和放入試探的電荷是沒有關系的.點電荷Q產生的電場對試探電荷的電場力F＝kQq／r2，將F除以q就與q無關了.

生6：我贊同他的觀點.但我得出這個結論的想法和他不同，我是這樣想的：在運動學中，相同時間內運動的位移大，運動就快，我們就把位移和時間的比值定義為速度來描述運動的快慢.在電場中，相同的電荷在某處所受的電場力大，該處電場就強，用類比的方法可知，也可以用電場力和電荷的比值來描述電場的強弱.

師：還有不同的想法嗎？

生7：覺得生5和生6分析得很有道理，應該是這樣的.看看書上怎么說.

……

師：電場強度有方向嗎？如果有，怎樣確定？

生8：電場強度是有方向的.因為剛才的實驗告訴我們，同一電荷在電場不同的地方，受的電場力的方向是不一樣的.我認為（某點）電場強度的方向就是電荷（在該點）所受電場力的方向.

生9：我覺得不合適，因為正負電荷（在電場同一位置）所受電場力的方向是正好相反的呀.

生10；那能不能放正電荷時電場有個方向，放負電荷時電場又是另一個方向呢？

生11：我覺得不行.既然電場和放入的電荷無關，那電場強度的大小和方向都應該和放入電荷沒有關系.怎么可以放入正電荷電場強度是這個方向，而放入負電荷，電場強度的方向又變成相反呢？

師：是啊，怎么來解決這個矛盾呢？

生12：能不能做個硬性的規定.正電荷受力的方向為電場強度的方向.

師：對，我們的前人在研究這個問題時就是采用這樣的方法.請學生們看教科書.

……

師：能不能規定負電荷在某點所受電場力方向為電場強度方向呢？

生13：是啊，我也正想問呢，為什么不規定負電荷的受力方向為電場強度的方向呢？

生14：這樣（規定正電荷受力方向為電場強度方向）方便啊.

生15：應該是一樣的，沒有什么方便不方便的問題.我覺得只是當初做了這樣的規定所以一直沿用下來了.如果當初規定負電荷受力方向為電場強度方向應該也是完全可以的.

師：還有不同的想法嗎？

生16：我覺得規定正電荷的受力方向為電場強度的方向是有道理的.在電場強度的定義式E＝F／q中，E是矢量，F也是矢量，q是標量，但q有正負，當q為正電荷時E＝F／q，這個矢量式表示E和F的方向相同；當q是負電荷時，E＝－F／q，這個矢量式表示E和F的方向相反.所以電場強度的方向和正電荷受力方向相同，與負電荷受力方向相反.

……

思維的表達是借助語言來實現的，要“說清楚”首先要經歷相應的思維過程，且一定是想清楚了才能說清楚.同時反復“說”的過程也是不斷理清思路，幫助人不斷深入思考的過程，人在思考時常常會自言自語就是這個道理，所以教師在教學過程中要善于創設“對話”的環境，鼓勵學生說出自己的思考、觀念、疑惑，在師生、生生觀念的相互交流、啟發、碰撞中獲取知識，提高思維能力.

2 以“實驗”明晰思維活動過程：從感性認識到理性思考

建構主義學習理論認為，學習不是一個被動吸收、反復練習和強化記憶的過程，而是一個以學生已有知識和經驗為基礎，通過個體與環境的相互作用主動建構意義的過程.學生的學習只有通過自身的探索活動才可能是有效的.

物理學習不能單純地依賴模仿與記憶.教師的教不在于把知識的結論告訴學生，而在于引導學生探究結論，在于幫助學生在走向結論的過程中發現問題，探索規律，掌握方法.在學習物理過程中，要形成物理概念，認識物理規律，必須以充分的物理事實為依據.

這種感性材料可以來源于生活，但來源于生活的感性材料各種因素交織在一起，比較復雜，不利于學生的學習，而物理實驗卻能為學生提供一個符合認識規律的物理環境，使他們獲得明確具體的認識.實驗不僅能提供感性材料，還能引導學生思維的發展，它是一種綜合的能力培養過程，它能創造“最真實，最少受干擾”的物理環境，是發展學生能力，對學生進行科學方法訓練和創新意識、創新能力培養的有效途徑.所以教師應引導學生主動地從事觀察實驗活動，從而使學生了解物理學的研究方法，經歷科學探究過程，形成自己對物理知識的理解，發展自主學習能力.

例如，電容器的電容教學片斷如下.

（1）實驗引入.

充電后的電容器（4700μF的電解電容器，與16V的直流電源相接）兩極連接，發出刺眼電火花和發出刺耳放電聲音.

a.引發思考：為什么會有電火花？（說明電容器放電了）

b.尋找可能原因：電容器和電源相連后帶電了，說明電容器可以儲存電荷.

c.做實驗：（看自己的猜想思考是否正確）電容器充放電電路如圖1，圖2，觀察靈敏電流計指針偏轉情況.

圖1

圖2

d.引發更多思考：為什么能儲存電荷？儲存在哪里？它的構造是怎樣的？

（2）觀察電容器結構.

a.觀察：拆開手邊的電容器（聚苯乙烯電容器和電解電容器），觀察構造，體會課本對電容器的定義：任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體，都可以看成一個電容器.

b.實踐：利用身邊資源做個電容器（學生做出了紙杯電容器、平行板電容器、人體電容器等）.

（3）電容概念教學.

師：如何表示電容器儲存電荷的本領呢？

生1：可用電容器的帶電量來表示.

生2：可是電容器的帶電量與充電電壓有關系的，而表示電容器儲存電荷本領大小的物理量應該只與電容器有關才對.

電容器的帶電量與它的充電電壓有何關系呢？

能否通過實驗來探究電容器所帶電荷量Q和電容器兩端電壓U之間的關系.

思考：如何測量Q和U.

① 突破難點.

難點1：如何測電壓，學生想到用電壓表來測電容器的充電電壓.用充好電的電容器與電壓表相連，發現指針只能大角度擺動一下，并沒有穩定數據，從而說明電容器如與電壓表相連會放電，不好測U.最后想到直接用干電池，設置充電電壓分別為1.5V、3.0V、4.5V 和6.0V 對電容器充電.

難點2：學生想不到測Q的可操作性方法.突破：通過類比，遷移知識.引導學生回憶前面學過的V－t圖像，圖像與坐標軸所圍的面積可以表示位移.同理，I－t圖像中圖像與坐標軸所圍的面積就可以表示電荷量Q了（如圖3）.

圖3

② 動手實驗.實驗器材：學生電源，PASCO數字實驗系統（數據采集器、Datestudio軟件，電流傳感器，計算機），電池盒（4節干電池），2200μF、4700μF的電容器各一個，單刀雙擲開關一個，50Ω的滑動變阻器一個，導線若干.

實驗電路圖如圖4所示.

圖4

實驗結果如圖5—圖8.

圖5

圖6

圖7

圖8

圖5為4700μF電容器分別在1.5V、3.0V、4.5V、6.0V電壓下充電后，放電時的I－t圖；圖6為圖5處理后得到的放電電荷量大小.

圖7為2200μF電容器分別在1.5V、3.0V、4.5V、6.0V電壓下充電后，放電時的I－t圖；圖8為圖7處理后得到的放電電荷量大小.

③ 得出結論.

用Excel處理數據后學生們驚喜發現，在誤差允許范圍內，對于同一個電容器，Q與U的比值是一個定值；不同電容器，比值不同，從而順利引出電容概念.

學生積極性空前高漲，滿心歡喜的沉浸在實驗學習中……實驗為學生們創設了愉悅的學習氛圍，充分探索的空間，學生的思維變得更加靈動，更加縝密，更加深刻.

3 以“質疑”帶動思維活動過程：提出問題比解決問題更重要

物理科學作為自然科學的重要分支，不僅對物質文明的進步和人類對自然界認識的深化起了重要的推動作用，而且對人類的思維發展也產生了不可或缺的影響.從亞里士多德時代的自然哲學，到牛頓時代的經典力學，直至現代物理中的相對論和量子力學等，都是物理學家科學素質、科學精神以及科學思維的有形體現.

物理課程不僅應該注重科學知識的傳授和技能的訓練，注重將物理科學的新成就及其對人類文明的影響等納入課程，更應該重視對學生終身學習愿望、科學探究能力、創新意識以及科學精神的培養.高中物理課程總目標中明確指出“學習科學探究的方法，發展自主學習的能力，養成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題”，科學探究的要素包含：提出問題，猜想與假設，制定計劃與設計實驗，進行實驗與收集證據，分析與論證，評估，交流與合作.由此可見，學生的質疑在其科學素養的培養中顯得尤為重要.

在課堂教學中，教師應鼓勵學生選擇適合自己的學習方式，應尊重學生在學習過程中的獨特體驗，積極倡導自主、合作、探究的學習方式.教師的精講是必要的，但學生主動表達自己的認識、感想的交流更重要，教師應提供更多的機會讓學生暢所欲言、各抒己見，或組織小組討論，讓每個學生都有講的機會；或利用理解中的矛盾點、分歧點，創設辯論情境，讓學生在辯論中通過不同觀點的碰撞、交流，獲得更深的理解和感悟.只有創設了這樣一個良好的環境，學生才會注重提出問題，才能夠提出問題，才敢于提出問題.

例如，教師：請學生們思考，利用如圖9所示的電路能測量出哪些物理量？

生1：電源電動勢E和電源內阻r.

生2：還有滑動變阻器的最大阻值R.

生3：測量結果都不是很準的，因為實際電流表、電壓表會產生系統誤差.

生4：那就選合適的電表來減小誤差.

圖9

生5：如果知道電流表、電壓表的內阻，就可以消除誤差了.

教師：是嗎？怎么消除呢？

生5：假設電壓表的內阻為RV，電流表的內阻為RA，調節滑動變阻器阻值為R1時，測得電壓表、電流表示數分別為u1、I1，調節滑動變阻器阻值為R2時，測得電壓表、電流表讀數為u2、I2，則列方程解這個方程，就可以精確求得電源電動勢E和電源內阻r.

生6：從上面的方程可以看出，用這種方法測電源電動勢E和電源內阻r，只要知道電壓表內阻，就可以精確測量了，電流表內阻并不影響測量結果.是這樣嗎？

學生附和：是啊.數學計算式顯示的是這個結論.

教師：還有什么不同看法嗎？

生7：從數學列式上看是這樣，可怎么會電流表的內阻對它沒影響呢？電路中接有內阻的電流表和接無內阻的電流表（理想電流表）明明情況是不一樣的呀.

教師：嗯，能不能再從其他角度來分析一下這個問題呢？

（學生沉思……討論……）

生8：電源電動勢等于外電路R斷開時的路端電壓，但現在由于接入電壓表，外電路R斷開時，電壓表與電源串聯組成一個通路，測得的路端電壓U，不再是真實的電源電動勢E，電動勢測量值等于路端電壓U，而U＝E·R RV＋r，所以導致測量結果比真實電源電動勢小.而電流表不會對此造成影響.

生9：如果把電流表位置換一下，接到電源和開關之間，情況又會怎樣呢？

……

課堂教學應當以學生為本，以學生的發展為本，在我們關注學生成績的同時，更應該傾聽他們的需求和想法；傳授知識的同時，更應該提供學生自己思考的時間與空間.關注學生的表現，欣賞學生的想法，重視學生的問題，接納學生的意見，寬容學生的錯誤，滿足學生的需要，為學生的思維發展創設氛圍、條件，問題讓學生提，讓學生議、答案讓學生辯，讓學生得，讓課堂成為一個師生、生生交流的大舞臺，在相互贊賞、相互取長補短的氛圍中享受教與學的樂趣，讓學生思維能力的發展落到實處.

在筆者看來，物理除了苦累、汗水、抽象之外，喜歡、好奇、有趣更重要；物理除了在考試中能派用場外，更要在未來的生活和職場上有用；物理除了概括、計算和證明，離不開直觀、經驗和實踐操作；物理除了沿襲現成的體系結構之外，更應當向一門關于如何提問題、想辦法、主動探究的學問發展，成為收獲想象、創造、應變和自信的土壤.無論他將來是否在物理領域內學習或工作，通過物理學習到的解決問題的策略、思維方式、思想方法及運用工具的能力依然能起重要作用.