滲透科學(xué)方法培養(yǎng)高階思維能力

摘 要：以高三一輪復(fù)習(xí)《功》的教學(xué)為例，以問(wèn)題為主線，滲透科學(xué)方法，重點(diǎn)求變力做功，組織學(xué)生經(jīng)歷“分析—評(píng)價(jià)—?jiǎng)?chuàng)造”的思維過(guò)程，通過(guò)一題多變、一題多問(wèn)、一題多解，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖;高階思維;科學(xué)方法

一、 問(wèn)題背景

功的概念是高中物理的基本概念，在考綱中屬于Ⅱ級(jí)能力要求。功是能量轉(zhuǎn)化的量度，只有掌握功的概念，才能從能量觀點(diǎn)分析解決實(shí)際問(wèn)題。高三一輪復(fù)習(xí)《功》是復(fù)習(xí)《機(jī)械能》的基礎(chǔ)，功的計(jì)算復(fù)雜多樣，在教學(xué)中既要注重基本概念的復(fù)習(xí)，也要注重基本方法的歸納，讓學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)不同的物理情境選擇不同的科學(xué)方法，提高科學(xué)思維能力。

筆者在教學(xué)實(shí)踐中，以問(wèn)題為主線，分析、評(píng)價(jià)學(xué)生自主構(gòu)建的思維導(dǎo)圖，從功的正負(fù)的判斷、恒力及合力做功的計(jì)算、變力做功三個(gè)方面展開(kāi)教學(xué)，以題說(shuō)法，組織學(xué)生進(jìn)行高階學(xué)習(xí)活動(dòng)。

二、 高階思維的分類(lèi)

所謂高階思維，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力。美國(guó)教育家布魯姆依據(jù)思維的復(fù)雜程度從認(rèn)知目標(biāo)分類(lèi)角度將思維過(guò)程具體分為：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造六個(gè)層次，其中記憶、理解、應(yīng)用屬于低階思維，分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造屬于高階思維。思維是可以通過(guò)教育改善和提升的，高階思維作為高層次的思維形式，在教學(xué)中具有舉足輕重的地位。

三、 教學(xué)過(guò)程及設(shè)計(jì)意圖

（一） 自主建構(gòu)思維導(dǎo)圖

課前布置學(xué)生在學(xué)案中畫(huà)出《功》的思維導(dǎo)圖，課堂上投影不同學(xué)生構(gòu)建的思維導(dǎo)圖，表?yè)P(yáng)知識(shí)、方法歸納有特色的學(xué)生。學(xué)生博采眾長(zhǎng)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，完善自己的思維導(dǎo)圖，在分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造思維導(dǎo)圖的過(guò)程中梳理、鞏固、提升知識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：展示學(xué)生自主構(gòu)建的思維導(dǎo)圖，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的梳理、完善、提升，達(dá)到概念復(fù)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)。

（二） 功的正負(fù)判斷

例1：（多選）如圖1所示，粗糙的斜面在水平恒力F的作用下向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，置于斜面上的物塊與斜面保持相對(duì)靜止，下面說(shuō)法中正確的是（ ）

A. 斜面對(duì)物塊不做功

B. 斜面對(duì)物塊的支持力做正功

C. 斜面對(duì)物塊的摩擦力做負(fù)功

D. 斜面對(duì)地面的摩擦力做負(fù)功

設(shè)計(jì)意圖：以斜面體模型為例，學(xué)生畫(huà)受力圖、情景圖，分析力與位移的夾角，判斷功的正負(fù)。學(xué)生經(jīng)歷分析、評(píng)價(jià)的思維過(guò)程，有利于物理概念在頭腦中的提煉與升華，形成運(yùn)動(dòng)和相互作用觀念。本題答案為ABC。

變式1：（單選）如圖2所示，斜面位于光滑的水平面上，物塊置于光滑的斜面上，從地面上看，物塊沿斜面下滑，此過(guò)程斜面對(duì)物塊的作用力（ ）

A. 垂直于接觸面，做功為零

B. 垂直于接觸面，做功不為零

C. 不垂直于接觸面，做功為零

D. 不垂直于接觸面，做功不為零

設(shè)計(jì)意圖：在例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行變式，改變接觸面的粗糙程度，撤去水平恒力F，兩物體相對(duì)滑動(dòng)，學(xué)生分析力與位移的夾角，判斷功的正負(fù)。比較例1和變式1，雖然題目條件發(fā)生變化，但是分析方法不變，讓學(xué)生在一題多變中體會(huì)多題歸一。本題答案為B。

（三） 功的計(jì)算

1. 恒力和合力做功

例2：如圖3所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩一端懸掛于O點(diǎn)，另一端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，用水平恒力F拉著小球運(yùn)動(dòng)，小球從最低點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，此時(shí)輕繩與豎直方向夾角為θ，求此過(guò)程小球所受的各作用力做功及合力做功。

設(shè)計(jì)意圖：以小球做曲線運(yùn)動(dòng)為例，學(xué)生畫(huà)受力圖，分析各作用力的做功情況，體會(huì)恒力和合力做功的計(jì)算方法，一題多問(wèn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力。本題答案：重力做功為WG=-mgL（1-cosθ），水平恒力做功為WF=FLsinθ，輕繩的拉力做功為WT=0，合力做功W合=FLsinθ-mgL（1-cosθ）。

2. 變力做功

變式2：（單選）長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩一端懸掛于O點(diǎn)，另一端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，用水平拉力F拉著小球運(yùn)動(dòng)，小球從最低點(diǎn)P很緩慢地移動(dòng)到Q點(diǎn)，此時(shí)輕繩與豎直方向夾角為θ，如圖4所示，求此過(guò)程拉力F對(duì)小球做的功。

設(shè)計(jì)意圖：將例2的水平恒力換成水平拉力，小球緩慢移動(dòng)，可以判斷水平拉力為變力。從功能關(guān)系分析，拉力F所做的功使小球的重力勢(shì)能增大。這需要學(xué)生對(duì)功與能量變化有較深刻的認(rèn)識(shí)，才能在頭腦中形成能量觀念。本題答案為mgL（1-cosθ）。

變式3：（多選）如圖5所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩一端懸掛于O點(diǎn)，另一端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，把輕繩拉到水平位置后放手，小球從位置A運(yùn)動(dòng)到位置B。假設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的空氣阻力f大小不變，求此過(guò)程空氣阻力f對(duì)小球做的功。

設(shè)計(jì)意圖：以小球的擺動(dòng)為例，空氣阻力是變力，將曲線分成無(wú)限個(gè)小元段，每一小元段可認(rèn)為恒力做功，總功即為各個(gè)小元段做功代數(shù)和。空氣阻力做負(fù)功，功的大小等于力乘路程。采用微元法將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功，滲透科學(xué)方法，發(fā)展學(xué)生高階思維的。本題答案為-12fπL。

例3：如圖6所示，質(zhì)量為m的物體用跨過(guò)光滑定滑輪的輕繩拉動(dòng)，用恒力F把靜止在水平面上的物體從位置A拉到位置B，已知定滑輪離物體上表面的高度為h，物體在位置A、B時(shí)細(xì)繩與水平方向的夾角分別為θ1和θ2，求繩的拉力對(duì)物體做的功。

設(shè)計(jì)意圖：以繩拉物體為例，繩的拉力是變力，引導(dǎo)學(xué)生將繩子的拉力對(duì)物體做的功轉(zhuǎn)化為恒力F對(duì)繩子所做的功，體會(huì)用等效轉(zhuǎn)換將變力做功轉(zhuǎn)化成恒力做功的方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。本題答案為Fhsinθ1-hsinθ2。

例4：受錘子擊打的釘子進(jìn)入木板，假設(shè)木板對(duì)釘子的阻力跟釘子進(jìn)入木板的深度成正比，并且每次擊打釘子時(shí)錘子對(duì)釘子做的功相等。已知第一次擊打釘子時(shí)，釘子進(jìn)入木板的深度為1 cm，則第二次擊打釘子時(shí)，釘子進(jìn)入的深度是多少？

設(shè)計(jì)意圖：以錘子擊打釘子為例，每次擊打釘子時(shí)錘子對(duì)釘子做的功等于釘子克服阻力做的功。求線性變化的力做功，可以先求力的平均值，再利用功的公式W=Fscosα求解，用平均力將變力轉(zhuǎn)化成恒力。引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)阻力大小隨位移變化（F-x）的圖象，圖線和x軸所圍圖形的面積表示釘子克服阻力做的功。本題采用平均值法和圖象法進(jìn)行解答，一題多解，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。本題答案為0.414 cm。

四、 結(jié)束

高階思維能力的培養(yǎng)離不開(kāi)教學(xué)活動(dòng)。恒力做功可以采用功的公式W=Fscosα求解，變力做功的方法很多，如微元法、等效轉(zhuǎn)換法、平均值法、圖象法等，還可以應(yīng)用動(dòng)能定理、能量守恒定律、W=Pt進(jìn)行求解，學(xué)生需要根據(jù)題意選擇合適的方法。在習(xí)題教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)注重情境的創(chuàng)設(shè)和問(wèn)題的設(shè)置，在一題多變、一題多問(wèn)、一題多解中，滲透科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造，培養(yǎng)學(xué)生高階思維的能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王帥.國(guó)外高階思維及其教學(xué)方式[J].上海教育科研，2011（9）：31-34.

作者簡(jiǎn)介：

梁澤君，福建省龍巖市，福建省龍巖第一中學(xué)。