初中物理教學(xué)中物理思維的滲透

趙亮

[摘要]在初中物理教學(xué)中要在學(xué)生獲得知識的同時更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。注重物理思維滲透首先要培養(yǎng)學(xué)生的物理思維方法，讓學(xué)生把繁雜的問題理解清楚，解題時思路更清晰、明確。初中物理教學(xué)中應(yīng)用的物理思維方法很多，本文以學(xué)生接觸較多的建立模型思維和控制變量思維為例，介紹了培養(yǎng)學(xué)生物理思維的過程及在解題中應(yīng)如何運用。

[關(guān)鍵詞] 初中物理;物理思維;建立模型思維;控制變量思維

初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)提出：以學(xué)生終身發(fā)展為本，以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，通過學(xué)習(xí)物理知識，提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力，學(xué)習(xí)物理學(xué)家在科學(xué)探索中的研究方法和物理思維。物理學(xué)是研究物質(zhì)運動最一般的規(guī)律、物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及物質(zhì)間的相互作用的一門學(xué)科。要認(rèn)識這種自然界物質(zhì)的運動、相互作用等的本質(zhì)規(guī)律和特征，就必須在頭腦中形成對物理世界本質(zhì)的、完整的、深刻的反映，對觀察過的物理現(xiàn)象、物理事實、物理過程等在大腦中形成清晰的物理圖景，并反復(fù)加工、合理改造、去粗取精，把感性認(rèn)識上升為理性認(rèn)識，這就是物理思維。

一、建立模型思維方法

物理模型法是人們?yōu)榱朔奖阊芯课锢韱栴}和探討物理事物的本身而對研究對象所作的一種簡化描述。理想化的物理模型既是物理學(xué)賴以建立的基本思想方法，也是物理學(xué)在應(yīng)用中解決實際問題的重要途徑和方法，這種方法的思維過程要求學(xué)生在分析實際問題中研究對象的條件、物理過程的特征，建立與之相適應(yīng)的物理模型，通過模型思維進(jìn)行推理。利用建立模型思維方法解題，思維方式可以歸納為：文字感知——物理現(xiàn)象——物理模型——已有知識模型——解答。

例1：少林功夫名揚天下，“二指禪”絕活令人稱奇，表演時，人體倒立，只用中指和食指支撐全身的重量，這時兩手指對地面的壓強(qiáng)最接近于? ? ? ? ?pa.

解答時通過文字感知，求的是人倒立時二個手指對地面的壓強(qiáng)。現(xiàn)象就是人倒立在地面上，兩根手指接觸地面。頭腦中抽象概括為求固體壓強(qiáng)模型，回憶已有的求固體壓強(qiáng)模型，壓力除以受力面積，兩者對接后，進(jìn)一步思考物體對地面的壓力等于重力，每根手指表面積約一平方厘米。P=F/S=G/S=600N/2×10-4m2=3000pa.

由例題可以看出，物理模型是通過對文字理解概括，抽象后而建立的。建立物理模型要根據(jù)所研究的問題，突出研究對象的主要因素，忽略其次要因素，將研究對象簡略化、理想化，并要和已有知識模型相對接后進(jìn)行解答。

例2：在容器中放一個上、下底面積均為10cm2，高為5cm2，體積為80cm3的均勻?qū)ΨQ的石鼓，其下底面積與容器底部緊密接觸，容器中水面與石鼓上底面齊平，則石鼓受到的浮力是多少牛？如圖（1）

通過對文字理解，求水中石鼓受到的浮力，已知物體的體積，很容易和已有的求浮力模型F浮=ρgv排建立起聯(lián)系，進(jìn)而想到V排=V物，然后解答，但這種思路是錯誤的。讀題時要注意理解“其下底面積與容器底部緊密接觸”這句話，讀這句時反應(yīng)出物體和容器底部之間沒有水，思考浮力的實質(zhì)是上下表面的壓力差，底部沒有水是沒有浮力的模型。進(jìn)一步分析所受浮力部分應(yīng)該是全部體積減去中間圓柱體部分后剩下的體積，即V排=V剩=V總-V柱。再根據(jù)F=ρgv排=ρgv剩，可以解出所受浮力是0.3N。所以，在解題時文字感知一定要細(xì)致具體，物理情景要理解準(zhǔn)確，抽象出來的物理模型才能正確。在理解過程中要忽略次要現(xiàn)象，抓住主要現(xiàn)象，深入思考現(xiàn)象引發(fā)的問題，通過嚴(yán)密的邏輯思維建立正確的模型，解答才能正確。

在教學(xué)中，應(yīng)該使學(xué)生初步了解建立物理模型的意義及建立的過程，注意在日常教學(xué)中強(qiáng)化這種建立物理模型的思維，使學(xué)生在潛移默化中提高利用模型處理物理問題的能力。這是培養(yǎng)物理思維能力的重要途徑。

二、控制變量思維方法

物理學(xué)中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題。每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。控制變量法是初中物理實驗探索和分析解決問題中一種最常用的、非常有效的物理思維方法。在解題中如果能靈活使用控制變量法，那么，既能提高解題速度，又能提高解題準(zhǔn)確率。

例1 ：在探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)的實驗中，利用了兩個相同的木塊和一塊海綿。如圖（2）

（1）實驗中通過觀察__________來比較壓力作用的效果;

（2）對比甲、乙兩圖，可以得出的結(jié)論是：_____________;

（3）如果想繼續(xù)探究“壓力的作用效果與壓力的關(guān)系”應(yīng)選用對比_______和____________兩圖進(jìn)行探究;

（4）對比甲、丁兩圖，得出壓力作用的效果與壓力的大小無關(guān).你認(rèn)為是否正確，并敘述理由：___________________。

①通過讀題了解要研究的物理量是“壓力的作用效果”（因變量），在頭腦中思考影響的因素是壓力大小和受力面積大小（自變量），壓力的作用效果是由海綿形變的程度所反映的。也就是讀題后首先研究的物理量是什么，與什么因素有關(guān)，觀察什么可以看出研究物理量的變化，然后再解答。②“對比甲、乙兩圖，可以得出的結(jié)論是”這一問題要細(xì)致觀察甲乙兩圖的異同，物體的重力相同即壓力相同，受力面積不同，海綿凹陷的程度不同。思考出a一定的條件下，b對研究物理量產(chǎn)生了什么影響。③書寫結(jié)論時也要采用控制變量法即可，在某某一定（相同）時，某某與某某成正（反）比或某某隨某某的增大而增大（減小）。得出的結(jié)論是在壓力一定時，受力面積越小壓力的作用效果越明顯。第四問中“對比甲、丁兩圖，得出壓力作用的效果與壓力的大小無關(guān).你認(rèn)為是否正確”答案是不正確，甲、丁兩圖中存在兩個變量，壓力、受力面積都不同，沒有采用控制變量法。

例2：在觀察導(dǎo)體電阻的大小跟哪些因素有關(guān)的實驗中：（導(dǎo)體截面積S1>S2）觀察如圖所示實驗，對照圖（3）內(nèi)容，回答下列問題。

（1）從電源負(fù)極引出的導(dǎo)線將導(dǎo)體A連入電路時，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)較大;將導(dǎo)體B連入電路時，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)較小，由此可以得出的初步結(jié)論______;

（2）從電源負(fù)極引出的導(dǎo)線分別將導(dǎo)體B、導(dǎo)體C和導(dǎo)體D連入電路時，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)均不相同，由此可以初步得出導(dǎo)體電阻的大小跟導(dǎo)體長度、______和______都有關(guān).

①影響導(dǎo)體電阻大小因素有材料、長度、橫截面積以及溫度（不提及時一般不考慮）。實驗中通過觀察圖中電流表示數(shù)反應(yīng)電阻的大小，即電壓一定時，電阻越大電流表的示數(shù)越小。我們要通過閱讀文字找出ABCDE幾根導(dǎo)線存在的區(qū)別。分析A、B兩根金屬絲，這兩根金屬絲的材料、橫截面積相同，但是長度不同，當(dāng)將導(dǎo)體A接入電路時，電流表的示數(shù)較大，判斷A的電阻較小;將導(dǎo)體B接入電路時，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)較小，判斷B的電阻較大。在寫結(jié)論時也要采用控制變量法，即寫出相同的條件作為控制的條件，分析出變量和自變量的關(guān)系。結(jié)論：在導(dǎo)體的材料相同、截面積相等時，導(dǎo)體長度越長電阻越大。②分析B、C金屬絲的材料相同、長度相同、但橫截面積不同，將其接入電路后，電路中的電流表示數(shù)不同，表明導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān);B、D兩金屬絲的長度、橫截面積相同，但材料不同，將它接入相同電路中，電路中的電流不同，表明導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的材料有關(guān)。答案為：橫截面積;材料。

要想準(zhǔn)確地得出研究對象的特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，就要對研究對象施加人為的控制，造成特定的便于觀察的條件，這就是控制變量方法的價值所在。

物理思維模式有很多，教師在教學(xué)中要注重物理思維模式的滲透，有意識地培養(yǎng)、訓(xùn)練學(xué)生物理思維，把物理思維模式貫穿于整個教學(xué)之中，使學(xué)生擁有良好的物理思維模式，從而，在解題時思路更加清晰，學(xué)習(xí)興趣也會大大提高，學(xué)習(xí)成績自然得到提升。

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（責(zé)任編輯 陳始雨）