指向深度思維發展的高中物理課堂教學策略

【摘要】本文聚焦于高中物理課堂教學中深度思維的發展，基于思維鏈的視角展開探討.提出指向深度思維發展的高中物理思維鏈構建策略，通過具體的教學實踐案例展示思維鏈在教學中的應用，并對其實踐效果進行評估，分析學生在知識掌握和思維能力提升等方面的表現，總結優點和不足.

【關鍵詞】高中物理；深度思維；課堂教學

1 引言

深度思維的培養對于學生理解物理本質、解決復雜問題以及未來的學習和發展至關重要［1］.因此，探索如何在高中物理課堂中促進學生深度思維的發展具有重要的現實意義［2］.本研究旨在通過對思維鏈在高中物理教學中的應用進行深入研究，提出有效的教學策略，以提升教學質量和學生的思維能力.

2 指向深度思維發展的高中物理思維鏈構建策略

2.1 以實驗探究為起點激發思維鏈

（1）精心策劃有趣且極具挑戰性的物理實驗.如在講解“平拋運動”時，可以進行如下對比實驗設置：準備兩個完全相同的彈性小球，一個放置在具有一定傾斜角度且光滑的軌道頂部，使其能夠做平拋運動；另一個放置在相同高度的豎直光滑軌道頂部，使其做自由落體運動.同時，在軌道底部鋪上柔軟且顏色鮮明的緩沖墊，以便清晰標記小球的落點.在軌道旁安裝高速攝像機，用于捕捉小球的運動軌跡.

（2）引導學生仔細觀察實驗現象.要求學生關注小球的速度變化、最終落點、運動軌跡的彎曲程度等.同時，為學生提供觀察記錄表，讓他們及時記錄關鍵數據和獨特現象.

（3）積極鼓勵學生質疑.如“怎么探究平拋運動水平方向的運動是勻速直線運動？平拋運動的軌跡方程是怎樣的？實際生活中有哪些平拋運動的例子？”激發學生的好奇心和深入探究的欲望，成功開啟思維鏈.

2.2 借助模型建構延伸思維鏈

（1）全面而深入地介紹常見物理模型.

例如 在講解“質點”模型時，以研究地球繞太陽公轉為例.首先，通過高清的宇宙圖片和生動的動畫演示，向學生展示地球和太陽之間極其遙遠的距離及兩者巨大的尺寸差異.接著，運用數學計算，對比地球的半徑和日地距離，讓學生直觀地感受到在研究地球公轉軌道、周期等問題時，地球的形狀和大小對結果的影響微乎其微，完全可以忽略不計，從而深刻理解質點模型使用的條件和便利性.

（2）切實有效地指導學生運用模型解決具體實際問題.

例如 在分析車輛過橋問題時，首先引導學生將車輛簡化為質點，計算車輛以一定速度過橋的最短時間.然后，考慮車輛的實際形狀和尺寸，計算車輛過橋時在不同位置對橋的壓力變化.引導學生思考：“在什么情況下可以將物體視為質點，什么情況下不能？”通過這樣的深入探討，進一步拓展學生的思維深度.

（3）循序漸進地引導學生對模型進行修正和完善.

例如 在研究原子內部結構時，從最初的“棗糕模型”開始，假設正電荷均勻分布在原子內，電子像棗糕中的棗一樣隨機鑲嵌其中.但隨著α粒子散射實驗等新的實驗結果出現，發現這個模型無法解釋粒子的大角度散射現象.此時，引入“核式結構模型”，通過多媒體展示電子在核外特定軌道運動的動態圖像，并結合實驗數據進行分析.讓學生深刻體會模型不斷發展和完善的過程，培養學生的創新思維和批判性思維［3］.

2.3 利用問題串驅動發展思維鏈

（1）用心設計具有嚴謹層次和嚴密邏輯性的問題串.

例如 在學習“牛頓第二定律”時，首先提問：“我們都知道力可以改變物體的運動狀態，那么力是通過什么具體方式來引發這一改變的呢？”引發學生的初步思考.接著深入引導：“當我們對一個物體施加不同大小的力時，它的運動狀態改變程度會一樣嗎？”激發學生進一步探索的欲望.接下來，更加具體地發問：“如果要定量研究加速度與力以及質量之間的關系，我們應該如何設計實驗？要測量哪些物理量？怎樣控制變量？”.

（2）培養學生自主思考的學習精神和合作探究意識.將學生分成若干小組，每個小組設計實驗方案.

例如 在驗證“牛頓第二定律”的實驗過程中，有的小組會提出利用氣墊導軌和力傳感器來測量力和加速度；有的小組會選擇通過重物牽引小車的方式進行實驗……教師要密切巡視各個小組，及時給予針對性的指導和幫助，鼓勵學生嘗試不同的實驗思路和方法.

（3）通過適時巧妙地追問和引導促進學生深度思維的發展.

例如 當學生通過實驗得出“加速度與力成正比，與質量成反比”的結論時，教師進一步追問：“你們在實驗中如何精確控制力的大小和測量加速度？是否存在誤差？如果有，誤差的來源可能是什么？如何改進實驗裝置和方法來提高結論的可靠性？”通過這樣層層深入的追問，促使學生不斷完善思維鏈，鍛煉思維能力［4］.

2.4 通過知識遷移鞏固思維鏈

（1）利用情境重構來鞏固思維鏈.

例如 在學生學完“電場”知識后，讓他們分析靜電除塵器的工作原理.首先，引導學生回顧電場的基本性質，如電場強度、電勢差等概念，以及帶電粒子在電場中的受力情況和運動規律.然后，逐步深入分析靜電除塵器的內部結構，探討帶電粒子（如灰塵顆粒）是如何在電場中獲得電荷，又是如何在電場力的作用下發生運動并最終被收集的.在此過程中，引導學生思考：“如果改變電場的強度或極性，對除塵效果會有怎樣的影響？靜電除塵器在實際應用中可能會遇到哪些問題，如何解決？”

（2）通過概念和規律的升華來延伸思維鏈［5］.

例如 在學生熟練掌握了“勻變速直線運動”的速度公式和位移公式后，引導學生推導“勻變速曲線運動”在某一方向上的速度和位移公式.首先，回顧勻變速直線運動的相關公式和推導過程，讓學生從中總結出推導的思路和方法.然后，以平拋運動為例，引導學生分別推導水平和豎直方向上的速度、位移公式.在這個過程中，讓學生對比勻變速直線運動和勻變速曲線運動的異同點，從而加深對運動學規律的理解和掌握.

（3）設計綜合性的作業和任務來拓展思維鏈.

例如 讓學生設計一個簡單的自動控制電路，要求實現當環境光照強度變化時，燈泡的亮度能夠自動調節.為學生提供必要的電子元件，并給予一定的幫助和指導.學生在完成作業的過程中，需要綜合運用電學中的歐姆定律、電阻定律、閉合電路歐姆定律，以及力學中的受力分析等知識.完成后，組織學生進行成果展示和交流，分享各自的設計思路和遇到的問題及解決方法，進一步強化思維鏈，顯著提高學生對所學知識的綜合運用能力和解決實際問題的能力.

3 高中物理思維鏈教學的實踐案例分析

3.1 案例展示

選取人教版必修第二冊“機械能守恒定律”這一教學內容.

3.1.1 教學目標

（1）物理觀念：理解機械能守恒定律的內涵，認識到機械能的轉化和守恒是自然界中的普遍規律.

（2）科學思維：通過對實驗現象的觀察、分析和推理，培養學生的邏輯思維和創新思維，能夠運用機械能守恒定律解決實際問題.

（3）科學探究：經歷實驗探究和理論推導的過程，掌握科學探究的方法，提高實驗操作能力和數據處理能力.

（4）科學態度與責任：培養學生嚴謹認真、實事求是的科學態度，激發學生對物理學科的興趣和探索精神，體會物理知識在生活中的應用價值.

3.1.2 新課導入

通過播放奧運會跳水冠軍全紅嬋跳水運動全過程、翻滾過山車等視頻，由伽利略理想斜面實驗設計如下問題：（1）在伽利略理想斜面實驗中，小球在斜面B上某點停下時的高度與出發時高度相同，好像“記得”自己的起始高度，怎樣解釋？（2）怎樣解釋下坡時速度越來越大？（3）怎樣解釋上坡時速度越來越小？引發學生對物體運動過程中能量變化的思考.接著提問“這些物體在運動中，有哪些力參與做功？有哪些能量參與轉化？動能和勢能是如何相互轉化的？能量總量是否保持不變？”引導學生初步思考，激發其思維鏈.

3.1.3 新課教學

實驗探究：鋼球用細繩懸起，請某同學靠近，將鋼球偏至該同學鼻子處釋放擺回時，觀察該同學反應，并讓學生分析會不會碰到鼻子.將小鋼球用細線懸掛一端固定在的小黑板上部，讓小球擺動，通過實驗發現，小球可以擺到跟釋放點等高處，再用釘子固定在小黑板上某點擋住細線，再觀察，發現小球仍然擺至和初始位置等高處.小球擺動過程中總能回到原來高度，好像“記得”自己原來的高度，說明在擺動過程中有一物理量是保持不變的，是什么呢？通過這樣的深入探討，激發其思維鏈.

理論推導：以一個物體從光滑斜面下滑的情景為例，在黑板上畫出物體的受力分析圖.提問學生：“在運動過程中物體受哪些力，有哪些力做功？”學生們經過思考能夠回答出物體受重力和斜面的支持力，重力做功，支持力不做功.接著引導學生求解重力所做的功.然后，求出下落過程中A、B兩位置的機械能以及它們之間的數量關系.從功和能的關系出發，推導機械能守恒定律的表達式.在推導過程中，教師要逐步引導學生，讓學生清晰地理解每一個步驟的物理意義，借助模型建構延伸思維鏈.

深入思考：在學生理解了機械能守恒定律的表達式后，教師提出問題：“如果斜面不光滑，機械能還守恒嗎？”讓學生分組討論，引導學生從做功的角度去分析.學生們經過討論可能會得出，由于摩擦力做功，機械能不再守恒.通過這樣的深入思考，學生們能夠更深刻地理解機械能守恒定律的條件，即只有重力或彈力做功的情況下，機械能守恒.同時，設置思考問題：“如果斜面不光滑，機械能不守恒嗎，為什么會減少，那減少的能量到哪去了？”利用問題串驅動發展思維鏈.

3.1.4 知識遷移

引力勢能問題：教師提出前面學習過萬有引力，萬有引力也有做功與路徑無關的特點，因而可以引入引力勢能的概念.詳細講解地球的引力勢能為零的位置通常取在離地心無窮遠處.在地球的引力范圍內，物體從無窮遠處移向地心的過程中，引力做正功，引力勢能從零開始不斷減小，因此引力勢能總是負值，離地心越遠，引力勢能越大.

衛星運動問題：人造衛星沿橢圓軌道繞地球運行，提問：“人造衛星在近地點和遠地點兩處哪一處的速度大？判斷的依據是什么？”鼓勵學生獨立思考，然后小組討論，分享自己的思路和方法. 學生們可能會從機械能守恒的角度出發，分析衛星在不同位置的勢能和動能的轉化關系，從而得出近地點速度大的結論.教師對學生的回答進行點評和總結，鞏固學生對機械能守恒定律的應用能力，通過知識遷移鞏固思維鏈.

3.2 效果評估

（1）知識掌握方面：通過課后作業和測驗，評估學生對機械能守恒定律、牛頓第二定律、楞次定律等概念和表達式及應用的掌握程度.對比實施思維鏈教學前后學生在相關知識點上的掌握情況，發現學生對知識理解更加深入，解題準確率明顯提高.

（2）思維能力提升：觀察學生在課堂討論、實驗探究和問題解決過程中的表現，發現學生能夠更有條理地分析問題、提出假設、進行推理和驗證，思維的邏輯性和嚴謹性得到增強.

（3）學習態度轉變：通過問卷調查和學生訪談，了解到學生對物理學習的興趣提高，不再懼怕難題，能夠主動思考和探索，課堂參與度顯著提高.

（4）不足之處：部分學生在實驗操作中不夠熟練，影響數據的準確性；在復雜問題的分析上，仍有少數學生存在思維障礙，需要進一步加強個別指導.

【基金項目：湖南省教育科學“十四五”規劃2023年度課題《“三新”視域下指向深度思維發展的高中物理課堂教學策略研究》（課題立項號：XJK23CJC110）】

參考文獻：

［1］王智輝.高中物理教學中促進深度思維發展的對話策略［J］.高考，2024（26）：126-128.

［2］徐艷.在高中物理教學中促使學生開展深度學習的策略探究［J］.教育界，2022（02）：38-40.

［3］萬小建.高中學生物理深度學習的間接興趣及其培育［J］.教學與管理，2022（02）：63-65.

［4］郭治洲.“三新”背景下指向深度學習的高中物理教學分析［J］.數理天地（高中版），2024（08）：74-76.

［5］林晶.指向深度學習的高中物理單元教學路徑探究——以勻變速直線運動教學為例［J］.數理化解題研究，2024（12）：74-76.