在動量、沖量教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維

陳 強

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維要求學(xué)生具有構(gòu)建模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證等能力．為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,教師應(yīng)結(jié)合相關(guān)內(nèi)容的物理教學(xué),讓學(xué)生在實驗過程中自主構(gòu)建物理模型,正確應(yīng)用科學(xué)思維方法,進行科學(xué)的推理,找出規(guī)律,得出結(jié)論．

1 設(shè)計,構(gòu)建模型

構(gòu)建模型是基于經(jīng)驗事實構(gòu)建理想模型．為了讓學(xué)生更好、更快、更加方便地構(gòu)建物理模型,教師可以結(jié)合動量、沖量實驗展開教學(xué),以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,使學(xué)生形成良好的思維習(xí)慣．

例如,在教學(xué)高中物理“碰撞與動量守恒”中的“探究動量變化與沖量的關(guān)系”時,為了讓學(xué)生更好地理解動量的變化和沖量的概念,筆者讓學(xué)生設(shè)計習(xí)題去計算、去親身體驗．學(xué)生設(shè)計如下:在一個與水平面夾角為37°、足夠長的斜面上,有一個質(zhì)量為5kg的物體沿斜面滑下,物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2,求下滑2s時間內(nèi),該物體所受各力的沖量,以及該物體第2秒末的動量．學(xué)生先進行力的分析,發(fā)現(xiàn)該物體受重力、支持力、摩擦力,然后根據(jù)沖量公式I=Ft、動量公式p=mv進行計算,得到重力的沖量是100N·s,方向豎直向下;支持力的沖量是80N·s,方向垂直于斜面向上;摩擦力的沖量是16N·s,方向沿斜面向上;物體在第2秒末的動量是44kg·m·s-1．學(xué)生通過該問題的解決,加深了對動量和沖量的理解,培養(yǎng)了科學(xué)思維．

習(xí)題設(shè)計是構(gòu)建物理模型的一種方式,而構(gòu)建模型是良好運用科學(xué)思維的第一步．構(gòu)建模型能夠讓學(xué)生對科學(xué)思維有一個初步的認知,體驗依據(jù)經(jīng)驗事實構(gòu)建物理模型的抽象概括過程,深刻感受物理科學(xué)思維的嚴謹性和合理性,提升邏輯思維水平．

2 類比,發(fā)現(xiàn)規(guī)律

學(xué)生在進行嚴謹?shù)奈锢韺嶒炛?可以讓學(xué)生通過類比提出動量、沖量以及動量定理的概念,“自然而然”地發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律．這個過程是學(xué)生分析綜合、推理論證的過程,有助于科學(xué)思維的內(nèi)化．

仍以“探究動量變化與沖量的關(guān)系”教學(xué)為例,為了讓學(xué)生更好地理解動量的變化與沖量的關(guān)系,筆者讓學(xué)生設(shè)計了上述物理情境并通過計算發(fā)現(xiàn)豎直向下的重力的沖量100N·s和垂直于斜面向上的支持力的沖量80N·s以及沿斜面向上的摩擦力的沖量16N·s的矢量和就是該物體的動量的變化量44kg·m·s-1．然后讓學(xué)生變換不同情境,例如分析在水平面上受到恒力的物體的動量變化與沖量的關(guān)系,學(xué)生會發(fā)現(xiàn)在類似的情況下動量的變化就是該物體所受外力的沖量的矢量和．通過這樣的分析,學(xué)生找到了物理現(xiàn)象中蘊含的核心規(guī)律，有效鍛煉了學(xué)生的分析綜合、歸納總結(jié)的能力,進一步提高了學(xué)生的科學(xué)思維．

類比進而發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究過程是學(xué)生鍛煉自身分析能力、邏輯思維的過程．學(xué)生通過自身的邏輯思維過程來發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律就是一次體驗,通過這種體驗,學(xué)生對物理規(guī)律的認知和理解進一步加深,可以更好地應(yīng)用和解答相關(guān)物理知識和問題．

3 遷移,實現(xiàn)進階

學(xué)生在學(xué)會恒力的動量和沖量的計算規(guī)律以后,我們可以嘗試引領(lǐng)學(xué)生進行規(guī)律的遷移:將恒力的計算規(guī)律遷移到變力的計算中,實現(xiàn)思維的進階．這也是鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的機會,可以幫助學(xué)生建立自主學(xué)習(xí)的思維習(xí)慣．

例如,在教學(xué)高中物理“碰撞與動量守恒”中的“探究動量守恒定律”時,筆者并沒有直接告訴學(xué)生動量守恒定律是什么,而是通過探究過程讓學(xué)生一步一步認識這個規(guī)律．學(xué)生通過實驗、分析、綜合得出物體動量的變化就是物體所受力的沖量的矢量和,而這個規(guī)律是在恒力條件下得出的,為了實現(xiàn)規(guī)律的進階,學(xué)生會想到變力條件下是否還符合這個規(guī)律．學(xué)生進行驗證后發(fā)現(xiàn)在變力的條件下依然適用,這個時候再向?qū)W生提出動量守恒定律,學(xué)生會更容易接受、理解和消化．學(xué)生的科學(xué)思維也通過這一過程獲得了提升,實現(xiàn)了思維上的完善．

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會重復(fù)進行構(gòu)建模型、分析綜合、推理論證、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程，這對于學(xué)生的科學(xué)思維是反復(fù)的鍛煉和檢驗,有助于學(xué)生對科學(xué)思維進行鞏固和矯正,讓學(xué)生的理性思維和邏輯思維得到充分發(fā)展．

結(jié)合動量、沖量實驗來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，既不會引起學(xué)生對于物理學(xué)習(xí)的反感,更可以通過實驗給學(xué)生打開一扇新的大門,引起學(xué)生對物理的興趣,讓學(xué)生通過實驗來養(yǎng)成理性而嚴謹?shù)目茖W(xué)思維,促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升．