借鑒認(rèn)知發(fā)展理論培養(yǎng)物理科學(xué)思維

曹旭鳳

【摘要】認(rèn)知發(fā)展理論是指導(dǎo)教學(xué)的重要理論之一，初中物理課堂合理借鑒認(rèn)知發(fā)展理論，采取合理教學(xué)措施，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維。教師在教學(xué)中首先應(yīng)當(dāng)滲透物理學(xué)科思想，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，開拓學(xué)生發(fā)散解題思路;其次要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題，選擇合適的解題方法提升解題效率，最后要加強(qiáng)邏輯推理能力的培養(yǎng)，優(yōu)化學(xué)生的解題過程。

【關(guān)鍵詞】認(rèn)知發(fā)展;科學(xué)思維;初中物理

著名心理學(xué)家皮亞杰提出的認(rèn)知發(fā)展理論，是指一個人出生后，為了能夠更好地適應(yīng)生活、適應(yīng)社會，對接收到的事物，遇到的困難和問題，尤其是突發(fā)的事件，所采取的思維方法、解決辦法以及各方面的能力表現(xiàn)，會隨年齡的增長而產(chǎn)生明顯變化的過程。在物理教學(xué)中尊重學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，隨著科學(xué)探究的逐步深入，由易到難，有效刺激學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維的能力。

一、滲透學(xué)科思想，發(fā)散解題思路

借鑒認(rèn)知發(fā)展理論進(jìn)行物理教學(xué)，首先要滲透物理學(xué)科思想，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，發(fā)散學(xué)生的解題思路。初中物理教學(xué)中，教師可以通過數(shù)形結(jié)合、等效替代等方法去實(shí)現(xiàn)。

1.數(shù)形結(jié)合，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充轉(zhuǎn)化

在物理教學(xué)中進(jìn)行的所謂數(shù)形結(jié)合法，就是指把數(shù)學(xué)語言（物理量）和圖形（物理圖像）相結(jié)合的教學(xué)方法。利用這種教學(xué)方法，可以讓學(xué)生將復(fù)雜抽象的物理問題轉(zhuǎn)化為形象直觀的視覺可度量問題。

在學(xué)習(xí)“熔化的特點(diǎn)”時，教師常會在課堂上做兩個實(shí)驗(yàn)，一是燭蠟的熔化實(shí)驗(yàn)，二是冰熔化的實(shí)驗(yàn)。探究過程中，要觀察燭蠟和冰的溫度和狀態(tài)隨時間的變化情況。面對一大堆數(shù)據(jù)，初學(xué)物理的初二學(xué)生往往不知所措。這時教師可以指導(dǎo)學(xué)生建立關(guān)于溫度和時間的直角坐標(biāo)系，并根據(jù)實(shí)際情況在兩個坐標(biāo)上標(biāo)好單位長度代表的時間、溫度;將對應(yīng)的時間和溫度的點(diǎn)描到坐標(biāo)系中;將點(diǎn)連成線;將物質(zhì)的狀態(tài)寫到對應(yīng)線上。學(xué)生從圖像上不難看到燭蠟的圖像是一條持續(xù)上升的曲線，而冰的圖像則是先上升再水平后上升的，其中那段水平線表示冰從固態(tài)變成了液態(tài)。學(xué)生馬上就歸納出熔化的特點(diǎn)：一是冰（晶體）熔化時溫度不變，燭蠟（非晶體）熔化時溫度升高;二是兩種物質(zhì)熔化時都在吸熱。此后學(xué)生看到這樣的圖像，也不必借助確鑿的數(shù)據(jù)，就能立即判斷是晶體還是非晶體。

數(shù)形結(jié)合是初中物理學(xué)習(xí)中非常常見的方法之一，它在熱學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。利用數(shù)形結(jié)合的方法，引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的形象思維習(xí)慣，提升學(xué)生對物理概念、物理規(guī)律的理解深度。

2.等效替代，引導(dǎo)化繁為簡

等效替代法，顧名思義就是采取其他實(shí)驗(yàn)器材、研究方法等替代原來的器材、方法，取得相同的研究效果。

早上起床后，我們通常會對著鏡子梳洗一番，鏡子中的“人”是鏡子前的人的像。在學(xué)習(xí)“平面鏡”這一節(jié)時，由于這個成像看得到，但摸不著，因此無法直接探究這個像跟物體之間的關(guān)系。所以在選擇實(shí)驗(yàn)器材時，可以利用茶色玻璃板替代普通的平面鏡，一方面，茶色玻璃板也能成清晰的像，達(dá)到該實(shí)驗(yàn)的效果;另一方面，茶色玻璃板是透明的，可以用一個與茶色玻璃板前完全相同的物體來替代玻璃板后的像，便可以確定了這個像的位置，再用刻度尺分別量出像和物體到平面鏡的距離并比較，從而得出像與物到平面鏡的距離相等的結(jié)論;此外，由于玻璃板后的物體替代了像，通過觀察像是否與玻璃板后的物體重合，確定平面鏡所成的像與物體的大小是否相等。

在該探究活動中，教師兩次利用了等效替代法，一是用玻璃板替代平面鏡，二是用與玻璃板前完全相同的物體來替代玻璃板后的像，有效的化解了因平面鏡所成的虛像給探究活動帶來的困難。

等效替代法聽起來較為深奧，但在探究活動中比較容易實(shí)施。進(jìn)行等效替換時，一定要抓住問題的本質(zhì)。在物理探究過程中使用等效替代的思想進(jìn)行活動，可以引導(dǎo)學(xué)生從繁雜的物理問題中走出來，實(shí)現(xiàn)思維的提升和發(fā)展。

二、歸納具體方法，提升解題效率

除蘊(yùn)含在物理學(xué)科中的思想外，在物理學(xué)習(xí)中還有一些具體的方法值得采納，比值定義法與控制變量法是初中物理中最常見的兩種方法。

1.比值定義法，反映物質(zhì)屬性

比值定義法就是用兩個物理量的“比”來定義一個新的物理量的方法。

如在“物質(zhì)的密度”這一節(jié)中，物質(zhì)的密度這一物理量，就是典型的應(yīng)用比值定義法的概念。探究活動中，教師首先準(zhǔn)備三個材料相同、大小不同的長方體鐵塊，讓學(xué)生用天平分別測出這三個鐵塊的質(zhì)量，再用刻度尺分別測出這三個鐵塊的邊長，求出它們的體積，將測得的質(zhì)量和體積填入表格，引導(dǎo)學(xué)生尋找質(zhì)量和體積之間存在的規(guī)律。學(xué)生借助數(shù)學(xué)知識發(fā)現(xiàn)質(zhì)量增大n倍，體積也增大n倍，即質(zhì)量和體積成正比，它們的比值是相同的。其次，教師給出三個材料相同、大小不同的長方體蠟塊，讓學(xué)生用同樣的方法尋找蠟塊的質(zhì)量和體積之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)三個蠟塊的質(zhì)量和體積的比值也是相同的。但這個比值與鐵塊的質(zhì)量和體積的比值不同。然后繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生分析比值相同或不同的原因，讓學(xué)生了解質(zhì)量與體積的比值反應(yīng)了物質(zhì)的一種特性，就用密度這個物理量來表示物質(zhì)的這個特性。這樣，就非常順理成章地得出：質(zhì)量與體積的比值就是密度。最后比值定義法得出密度概念后，教師還可以繼續(xù)提供適量的煤油和酒精，分別測出它們質(zhì)量和體積，求出密度，發(fā)現(xiàn)煤油和酒精的密度竟然是相同的，讓學(xué)生了解到，不同的物質(zhì)，其密度可能是相同的。

利用比值定義法得出的物理量常反映物質(zhì)的基本屬性，即它的大小與物質(zhì)的種類有關(guān)，與定義它的物理量的大小無關(guān)，所以這類物理量與定義它的物理量之間不存在數(shù)學(xué)函數(shù)中的正反比關(guān)系。教師要引導(dǎo)學(xué)生理解為何可以在這類物理量中采用比值定義法，讓學(xué)生真正理解物質(zhì)的物理屬性。

2.控制變量法，發(fā)現(xiàn)隱形規(guī)律

如果一個物理量A可能受到B、C兩個因素影響，我們將保持C因素不變，研究B對A的影響;再保持B因素不變，研究C對A的影響，最后再綜合起來得出規(guī)律，這種方法稱為控制變量法。

例如我們在研究物體的重力勢能的影響因素時，就采用了控制變量法。首先讓學(xué)生猜測可能出現(xiàn)的影響因素，學(xué)生根據(jù)“由于物體被舉高具有的能稱為重力勢能”這個基本概念，馬上就作出猜測：物體的質(zhì)量、物體被舉高的高度;接著教師提問，我們該如何做才能得出結(jié)論呢？學(xué)生聯(lián)系剛學(xué)完的動能，肯定會回答“用控制變量法分兩步完成”。老師拿出實(shí)驗(yàn)器材，先分析如何在實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)重力勢能的大小，然后可以讓學(xué)生邊演示邊講解。第一次讓一個重物從某一高度自由落下撞擊木樁，第二次讓較重的重物從相同的高度自由落下撞擊木樁，比較兩次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)木樁陷入的深度增加了;第三次仍用第二次的重物，但從更高處自由落下撞擊木樁，發(fā)現(xiàn)木樁陷入更深了。根據(jù)這個實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不難得出結(jié)論：物體質(zhì)量越大，被舉得越高，重力勢能就會越大。

值得注意的是，利用控制變量法描述物理量與其中一個因素的關(guān)系時，一定要先說明控制哪些因素不變，再說明這個物理量與該影響因素之間的關(guān)系。學(xué)生在回答實(shí)際問題時，往往會遺漏控制的條件，導(dǎo)致結(jié)論不完整。

控制變量法是初中階段最常用的一種研究方法。控制變量法可以引導(dǎo)學(xué)生一步步排除無關(guān)因素的干擾，得出研究的物理量與影響因素之間的關(guān)系，有效加深了學(xué)生對物理知識的理解。

三、加強(qiáng)邏輯推理，優(yōu)化解題過程

1.演繹推理，分析個別情況

物理是一門與邏輯思維緊密相關(guān)的學(xué)科，因此提升學(xué)生的解題能力還要加強(qiáng)學(xué)生在解題過程中的邏輯推理，實(shí)現(xiàn)解題步驟和思維的優(yōu)化。

演繹推理就是根據(jù)已有的一般規(guī)律，通過分析推導(dǎo)得出個別性的規(guī)律的一種科學(xué)思維方式。通過演繹推理，可以利用大規(guī)律下的經(jīng)驗(yàn)，與個別案例所得的結(jié)論相對比，實(shí)現(xiàn)對個別情況的細(xì)致分析。

如在“牛頓第一定律”這一節(jié)中，學(xué)生學(xué)習(xí)了牛頓第一定律相關(guān)的物理知識后，此時教師就可以讓學(xué)生根據(jù)牛頓第一定律進(jìn)行演繹推理，分析相關(guān)的物理問題。在探究過程中學(xué)生都知道小車在運(yùn)動時輪子與地面之間存在摩擦力，而且這個摩擦力的方向與小車運(yùn)動的方向相反，正是這個摩擦力迫使小車的運(yùn)動速度不斷減小直至靜止下來。接著我們分析一下擺錘的狀況。我們看到擺錘除了與細(xì)線相連，并沒有與地面接觸，但是擺錘擺動的幅度卻越來越小，最終還是會處于靜止?fàn)顟B(tài)，這是為什么呢？學(xué)生此時就會想到，擺錘在空氣這一介質(zhì)中運(yùn)動，雖然看不見但是擺錘與空氣之間也存在摩擦力，而且這個摩擦力的方向也與擺錘擺動的方向相反，所以也應(yīng)該是摩擦力迫使擺錘改變了它的運(yùn)動狀態(tài)。

進(jìn)行演繹推理是鍛煉學(xué)生邏輯推理能力，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的重要方式之一。在初中物理學(xué)習(xí)的過程中，定理、定律屬于一般性的大規(guī)律，而物理題目則屬于個別情況，利用演繹推理可以讓學(xué)生迅速找出解題方法，提升解題效率，實(shí)現(xiàn)對問題的優(yōu)化解答，這樣的過程也有助于培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維。

2.類比推理，分析關(guān)聯(lián)情況

開普勒曾說類比推理是自己最好的老師。類比推理就是先分析比較兩個研究對象之間有某些相同或相似的屬性，再經(jīng)過推理其他屬性也是相同的過程。利用類比推理，可以分析物理量之間的關(guān)聯(lián)情況，實(shí)現(xiàn)對物理現(xiàn)象的深入理解。

在學(xué)習(xí)“電壓和電壓表的使用”這一節(jié)時，就可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比推理。利用看得到的、學(xué)生熟悉的水壓和水流類比看不見的、比較抽象的電壓和電流。學(xué)生根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)知道，水管水壓較大時，水流就較大;水壓較小時，水流就較小;沒有水壓，就沒有水流，所以水壓是形成水流的原因。那么同理，電壓是形成電流的原因。水壓迫使水只能沿著水管向某一方向移動，形成水流;同理，電壓也迫使電荷定向移動，形成電流。水泵提供水壓，同理，電源提供電壓等。

需要注意的是，利用類比推理時，杜絕利用抽象的現(xiàn)象類比抽象的現(xiàn)象。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比推理，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力，提升了學(xué)生的聯(lián)想能力和舉一反三的能力。

借鑒認(rèn)知發(fā)展理論的教學(xué)方法，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維，推動學(xué)生努力學(xué)習(xí)物理知識，促進(jìn)學(xué)生不斷提升學(xué)習(xí)物理的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。

【參考文獻(xiàn)】

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