基于思想方法的高中物理教學策略

申庭庭 姜 峰

(1. 江蘇省蘇州實驗中學科技城校,江蘇 蘇州 215000; 2. 連云港市教育局教研室,江蘇 連云港 222006)

通過知識的學習,培養和發展學生的核心素養,是當下學科教學的目標和價值追求．而在獲取知識和技能的過程中,習得方法、領悟學科的思想和價值、形成學科的思維方式和觀念則是核心素養的重要體現．學科思想方法是指能夠反映學科知識本質、學科思維特點和學科學習規律,對分支學科發展和學生學科綜合素養發展起著決定性作用的那些基本觀念、思想和方法．[1]教學過程中引領學生在建構知識的同時領悟思想方法,學會用物理思想方法分析解決問題,可以促進學生對知識的深度學習,提升思維品質,領悟學科的精髓實質,形成物理觀念,發展核心素養．

1 經歷過程體驗,感悟思想方法

受傳統教學觀念的影響,許多教師在進行知識教學時,只重知識的符號表征,忽視潛藏于知識深處的思維方式、思想方法及價值意蘊,教學呈淺表化．為體現核心素養的教學要求,教師要超越對知識和技能的簡單傳授,引導學生體驗知識的生成過程,思考知識的深層意義,感悟其中的物理思想方法．

圖1

圖2

2 經歷建構過程,滲透思想方法

物理思想方法不同于概念、規律等有形的知識,它隱含于知識的形成、發展過程之中,具有抽象性、過程性、遞進性等特點,學生對物理思想方法的理解和掌握不可能是一蹴而就、一步到位的,必定要經歷一個逐步深入、螺旋上升的過程．因此,對物理思想方法的教育不能強行灌輸,而應采取循序漸進、逐步滲透的策略,通過由淺入深的知識學習,讓學生在建構知識的過程中經歷由領悟思想方法到提煉思想方法，再到掌握思想方法進而學會應用思想方法的過程．教師要深入挖掘教材中的思想方法要素,理清知識中的思想方法線索,對思想方法的教學要有計劃、有步驟的滲透,做到潛移默化,潤物無聲．

如對微元和極限的思想方法的學習,可以采用如下的滲透策略,第一,經歷瞬時速度概念的建立過程,初步領悟微元、極限的思想方法．由平均速度的定義結合極限的思想得出瞬時速度的概念;通過實驗測量瞬時速度的大小,分別用打點計時器測速度、借用傳感器用計算機測速度、用氣墊導軌和數字計時器測速度等,從實踐層面去理解瞬時速度的概念,體會汽車中的速度計等現實生活中的測量都是由近似向精確逼近的過程,感悟極限思想在生活中的應用;第二,根據速度圖像利用微元法和極限的思想推出勻變速直線運動的位移公式,進一步滲透極限的思想方法,初步學會應用微元法和極限的思想；第三,逐步深化對微元和極限思想方法的理解和應用．在此后的學習中,曲線運動中速度的大小及方向的探究、探究向心加速度大小的表達式、一般曲線運動采用圓周運動的分析處理方法、物體沿任意路徑向下運動時求重力做的功、探究彈性勢能的表達式等,運動形式由直線到曲線,知識內容由速度到加速度,由狀態量(速度、加速度)到過程量(功、彈性勢能),知識的學習逐步深化和拓展,但對問題的分析、處理都離不開微元和極限的思想方法.教師可根據教學實際,以微元和極限的思想方法為主線,將上述知識串聯起來,讓學生在探究知識的過程中,深化對思想方法的理解和應用,逐漸學會用微元法和極限的思想去分析解決問題,體驗和感悟微元法及極限思想在分析解決問題中的重要作用和意義．

3 形成物理觀念,提煉思想方法

物理思想方法是物理知識生成和發展過程中形成的分析解決問題的策略,是基于對學科知識的深度思考所凝練而成的學科觀念和思維方式,它就像一根紅線隱含于物理知識之中,連接著知識的結構、組織形式和邏輯關系．對物理思想方法的建構依賴于對物理知識的深度理解和應用,物理知識的生成和發展過程、抽象表征及其潛藏的價值意義都需要學生去經歷、探究、體驗和感悟,而經歷知識學習過程所凝練成的物理觀念和思維方式反過來又會促進對新知識的學習,促進物理思想方法的形成．因此,教師要關注知識形成過程中所凝練出的思想方法和思維方式,引領學生從學科的視角分析問題,逐步形成學科的觀念和思維方式．教師要在物理思想方法的觀照下從單元整體的視角去設計教學,用物理思想方法去統攝知識、引領學生深度學習,在對物理概念、規律抽象和概括的過程中,感悟物理學科的本質,養成物理學科獨特的思維方式,在形成物理觀念的過程中,提煉物理思想方法．

人教版必修2第5章“曲線運動”中,按照曲線運動→平拋運動→勻速圓周運動→變速圓周運動和一般曲線運動的邏輯順序編排的,這樣的編排體現了從簡單到復雜、從一般到特殊再到一般的認知規律．曲線運動是一種復雜的平面運動,它是直線運動的拓展,是運動與力關系的進一步深化,也是力的合成與分解方法在曲線運動中的遷移和應用,涉及到分析綜合、等效替代和極限等思想方法．教師要從單元整體的視角設計教學,用物理思想方法統攝教學．首先,在第1節“曲線運動”中,滲透等效的思想方法,引導學生用運動的合成與分解的方法研究曲線運動,建立直角坐標系,將位移、速度等矢量分解為相互垂直的兩個方向的分矢量,將復雜的曲線運動等效為兩個方向的分運動,并通過應用運動合成與分解的方法分析研究蠟塊的運動,體會“化曲為直”“化繁為簡”的思想;然后,指導學生利用運動合成與分解的思想方法探究平拋運動的規律、探究圓周運動中向心加速度大小的表達式、分析變速圓周運動和一般的曲線運動,學會用矢量合成與分解的方法分析解決平拋運動及圓周運動、一般曲線運動的問題;最后,引導學生建構曲線運動單元的知識結構,理解曲線運動知識的邏輯關系,在建構曲線運動規律、深度理解曲線運動中運動和力的關系的同時提煉出等效合成與分解的思想方法,并體會等效合成與分解的思想方法在分析解決曲線運動中的作用和意義．

4 應用思想方法,提升關鍵能力

通過知識的學習理解和掌握思想方法,目的是應用思想方法,在面對生產、生活中新出現的問題時,能夠用自己所習得的思維方式和思想方法去建構模型,分析解決問題,將靜態的思想方法轉化為動態的問題解決的關鍵能力,提升自身的核心素養．由于對思想方法的學習是一個循序漸進的過程,因此,在教學過程中要注重對思想方法的遷移應用,在學習過程中,逐步學會用所學的思想方法去分析解決問題,提升自己的思維品質和關鍵能力．

圖3

設物體做勻速圓周運動的速率為v,圓半徑為r,取非常非常短的時間間隔t,物體由A沿圓周運動到B,對應的圓心角為θ．將圓周運動等效為沿速度方向的勻速直線運動和沿半徑方向的勻加速直線運動,設沿半徑方向的加速度大小為a,建立如圖3所示平面直角坐標系．則有

x=vt，

(1)

(2)

y=r(1-cosθ)，

(3)

x=rsinθ.

(4)

圓周運動是一種更加復雜的曲線運動,體現在加速度不斷變化,采用上述方法探究加速度的表達式,既是對平拋運動研究方法的遷移應用,也是對微元和極限思想在曲線運動中的拓展,尤其是讓學生理解,當時間非常非常短時,曲線可以當成直線來處理,變量可以當作不變量來處理,是“化曲為直、化變為恒”思想的進一步深化．

物理思想方法不是有形的知識,它是個體在分析解決問題過程中經過提煉而形成的解題策略和思想觀念,若干年以后,所學的知識可能會遺忘掉,但在知識學習過程中所凝練而成的思想方法是不會被遺忘的,而是會作為一種素養伴隨著人的一生,促進著人的發展．