物理概念建立过程中培养学生思维能力的思考与实践

物理概念建立过程中培养学生思维能力的思考与实践

作者：孙莉

来源：《中学物理·初中》2014年第12期

在初中物理教学过程中，存在这样的学生群体，他们学习很努力，认真听课，认真完成作业，语文、英语等成绩不错，但当遇到一个新的物理概念时，往往不知道从哪里开始思考，投入大量的时间和精力，却不见成效.笔者为了帮助这些学生解决学习物理的困难，应用观察法和访谈法对他们进行了研究，发现这些学生总是认为物理概念是人为规定的，是抽象的文字，背下来就行.经过长期研究，笔者认为这些学生存在的主要问题是在物理学习过程中，并没有掌握学习物理学的思维方法，头脑中还没有真正形成物理概念，这对他们进一步学习物理规律造成困难，从而导致学生学习物理的效率低下，也降低了物理课堂的教学效率.显然，在物理概念建立过程中注意培养学生的思维能力，是提高初中物理教学效率的有效途径.这里，笔者在教学实践中的一些尝试，愿与同行们分享. 1相关概念的理解

物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事物的抽象，是观察、实验和物理思维相结合的产物.

思维是人脑对客观事物的特征、本质、相互关系的间接的、概括的和能动的反映. 人们在工作、学习、生活中每逢遇到问题，总要“想一想”，这种“想”，就是思维.它是通过分析、综合、概括、抽象、比较、具体化和系统化等一系列过程，对感性材料进行加工并转化为理性认识来解决问题的.我们常说的概念、判断和推理是思维的基本形式.无论是学生的学习活动，还是人类的一切发明创造活动，都离不开思维.思维能力是学习能力的核心，也是人智慧的核心，参与、支配着人的一切智力活动.一个人聪明不聪明，有没有智慧，主要就看他们的思维能力强不强.要使学生聪明起来，智慧起来，最根本的办法就是培养学生的思维能力. 2物理概念的建立

2.1概念建立过程中存在的问题 2.1.1学生学习中的问题

（1）感性认识不足或者已有概念不清影响概念建立

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在学生建立概念的过程中，假如提供的感性认知不足，或者已有的概念不清晰，将会导致无法进一步建立正确的新物理概念.例如，假若对功的概念不清楚，就很难建立功率、机械效率的概念.

（2）物理抽象思维能力不足影响概念建立

在物理学中，许多概念的建立过程，都涉及到比较抽象而且复杂的思维过程，学生要理解这样的物理概念，就需要有较高级的抽象思维能力.如果学生的抽象思维能力薄弱，就不能顺利的建立和理解物理概念.

（3）思维方法不正确导致概念建立错误

建立正确的物理概念与正确的思维方法是密不可分的.在学习过程中，有时由于在头脑中没有足够的科学方法的储备，造成“想当然”地依据某些概念进行不合理的外推，从而导致错误地理解概念.

2.1.2教师教学中的问题

（1）忽视概念建立的背景，物理情景材料提供不足.很多教师在引入概念时没有让学生对其存在的必要性获得足够的感性认知而直接给出物理概念，致使一部分学生没有理解概念的实质，只是死记硬背物理概念的内涵和外延，物理概念在学生头脑中成为“空中楼阁”.

（2）教师在物理概念教学过程中有意无意地过于强调知识本位，大大压缩概念建立过程的教学，使新授课的教学“重结果”的情况越来越严重.

（3）对概念教学应达到的具体目标不明确.主要体现在过度关注知识与技能的维度，轻视教学的过程与方法目标的实现，忽视学生思维能力的培养.

（4）忽视概念间的区别与联系，把概念孤立起来，不能做到融会贯通. 2.2概念建立的方法

2.2.1确定概念建立的环节并将科学方法渗透贯穿始终

笔者在概念教学中首先确定概念教学的基本环节，如图1所示.并在每个环节中挖掘物理学史中涉及到的科学方法的丰富教学内容.使学生能够站在高处，从总体上认识概念建立的全过程，并在此过程中学习科学方法，运用科学方法.

笔者在物理概念的教学设计中包括下面三个环节（如图1）：

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（1）创设情境引导学生知道该物理概念是在什么背景下产生的，为什么需要建立这个新的物理概念.这一环节可以通过回忆生活中的一些感性现象，也可以通过观察与实验的方法引发知识冲突.

（2）引导学生经历物理概念建立的过程，并在这一环节中设计逐层深入的问题引发学生的思考，提高学生的思维能力.目的是挖掘物理概念建立过程的科学方法，使学生象科学家一样用科学的方法建立概念，并在头脑中形成概念.

（3）创设概念的应用情境，巩固学生对物理概念的理解和认识.运用科学方法，通过形象思维与抽象思维的互相交叉与互补，使学生实现从抽象思维又回到形象思维. 2.2.2利用抽象的思维方法建立物理概念

物理概念是科学抽象的结果，如果能让学生掌握抽象的思维方法，会对概念的建立有很大帮助.在中学物理教学中，经常使用的抽象思维方法主要有以下三种：

（1）分析概括一类事物的共同的本质特征，例如动能、机械运动概念，就是通过分析、比较、综合、概括，抽象出事物共同的本质特征.物理学抽象出来的共同特征需要足够多的、典型的感性材料作基础，更加注意通过分析、比较，认识所列举的同一类事物的共同特征，以及容易混淆的两类事物之间的根本差别，才能形成比较清晰的概念；

（2）把物质、运动的某种属性抽象出来，得到表征物质或运动的某种性质的物理量，例如密度、速度、电阻等；

（3）用理想化的方法进行科学抽象，理想化的方法就是对所研究的事物突出起主要作用的性质或条件，忽略其它性质或条件而进行的一种科学抽象，但它又能反映所研究事物的本质特征，呈现所包含的主要矛盾，例如杠杆、磁感线等.

通过以上教学培养学生的抽象思维能力，从而使学生对新学概念与原有概念能够进行横向对比，纵向理解，有助于学生对物理概念的深入理解. 2.2.3教给学生定义的常见方法

教给学生定义的常用方法，促进概念的建立.常见的基本方法有以下几种： （1）直接定义法

物理概念中有一部分是根据现象、经验或实验直接来下定义的，例如质量、温度； （2）比值定义法

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物理概念的定义式是两个物理量的比值，例如密度、速度； （3）乘积定义法

物理概念的定义式是几个物理量的乘积，例如功； （4）差值定义法

物理概念的定义式是几个物理量的差.如浮力. 2.3概念建立的实际案例与反思——压强概念的建立 本节课的教学设计总体上分为三个环节： 2.3.1创设概念建立的背景

丰富的感性认识是概念建立的基础.引导学生寻找身边的感性素材——第一类是压力很大，压力的效果不一定明显.如：胸口碎大石、穿着滑雪板的人等.另一类是压力不大但压力的效果很明显.如蚊子、萤火虫、蝉等，它们的口器能够用不大的压力产生明显的效果. 如图2，让学生亲自经历：用两只手的手指抵住铅笔的两端（一端尖另一端粗），感受两手指的疼痛感觉.两只手抵住气球，左手用手掌，右手用手指，观察气球的形变程度.唤起学生已有的感性认识，并发现单纯的压力大小不能准确地表达压力效果，因而需要建立一个新的物理量来科学地表示压力的效果.为压强概念的建立奠定丰富的感性认识基础，并挖掘其中蕴含着转换法的科学方法. 2.3.2概念建立的过程

（1）通过实验探究压力的效果与哪些因素有关，通过一系列问题的探究过程让学生的思维不断深入：

问题一：怎样反映压力的效果？引导学生观察利用受压表面的凹陷程度这一转换的科学方法；

问题二：猜想压力的效果与哪些因素有关，怎样分别展开实验？引导学生利用控制变量的思维方法（图3）.

（2）学生经历实验后，利用实验的探究结果解决实际问题.这样通过一系列问题引发学生不断深入思考，模拟像科学家一样经历概念建立的过程.

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问题一：受力面积均为S=2 m2，两个物体对地面的压力分别为F1=200 N，F2=100 N，哪个对地面的压强大？

问题二：压力均为F=200 N，两个物体与地面接触面积分别为S1=2 m2，S2=3 m2，哪个对地面的压强大？

学生利用前面的实验结果能顺利找出解决问题的方法：受力面积相同比较压力；压力相同比较受力面积.

教师在给予学生肯定的同时进一步提出：

问题三：F1=80 N，F2=90 N，S1=2 m2，S2=3 m2的两个物体，哪个对地面的压强大？ 这样引发学生去发现知识冲突，鼓励学生寻找更具普遍性的比较压强的方法.一部分学生会想到控制变量法让受力面积相等而比较压力，或让压力相等去比较受力面积.也有学生想到比值法（这里应经过分析前面的实验结论，推理出应该用除法）.这时候学生通常会有两套思维方式F/S或S/F.以上都蕴含了数学方法，同时继续依赖控制变量的方法.

以上问题的解决过程运用了比较法，最终选出最佳方案，这一过程还用到分析、综合、归纳的科学方法.

3.巩固对概念的理解和认识现在压强的概念在学生头脑中仍是抽象的语言，通过应用知识帮助学生从抽象概念上升到具体概念，也鼓励学生经过思考检查一下自己对概念的理解是否正确，即在头脑中把抽象概念转换为具体形象，是通过以下一连串的问题引发学生思考的：问题一：如果我们就是历史上最早建立了压强概念的科学家，并且得到了压强概念的数学表达式，接下来应该做什么？——确定单位.在此基础上介绍帕斯卡，并引导学生感受1Pa的大小.（联想以前学过的赫兹、牛顿等单位想到应找一位在这一领域做出杰出贡献的科学家，将他的名字作为压强单位，蕴含了类比的科学方法.）问题二：铁轨为什么要铺枕木？大型货车为什么装那么多车轮？刀刃为什么要磨的锋利？而刀把为什么做得很宽？知道小小的萤火虫怎样吃掉蜗牛吗？问题三：去超市买了好多东西，拎着很勒手，有什么解决方法吗？这样压强的概念越来越具体化了.反思：我用了整整一节课来建立压强的概念，让学生象科学家一样感受和经历了建立概念的过程，在这样的过程中既运用了科学方法，又发展了思维能力，达到运用科学方法解决问题的过程也正是学生自己形成概念的过程.学生用自己的思维方式，去解决了这一系列问题，这个概念的形成便水到渠成，而不是被动的，不是生搬硬套的过程.这个过程一定要慢，并不断的去回顾，循环，使学生对概念的理解不断的螺旋式上升.学生深刻的理解压强的概念，会更好的理解液体压强、大气压强和流体压强.也帮助学生深刻地理解初中阶段另一些比值法定义的物理概念，如密度、速度、功率等，甚至帮助学生理解高中的加速度概念.学生一旦形成这样的思维方法，他们会运用迁移、类比的方法顺利地获得这类概念的建立方法.磨刀不误砍柴工，从长远看，课堂教学效率更高效了.3对概念教学中培养学生思维能力的实践反思

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3.1在教学中渗透科学方法是培养思维能力的重要方法

科学史学家朱克曼曾走访过41位诺贝尔将获得者，他们主要认为自己获得的最有价值的知识是关于方法论的知识，正确的方法是科学之魂.在教学中渗透科学方法，当学生面对一个新的物理概念时，当他努力用科学方法来经历概念的形成过程时，他就是在经受到一种不可取代的思维训练.将陌生的未知对象和熟悉的已知对象相类比，来寻找不同事物变化中所具有的共性，给陌生的、抽象的、不易理解的概念（或规律）赋予熟悉的、具体的、通俗易懂的形象，有利于开启学生的思路，有利于化难为易，达到知识的正迁移.

初中物理教学中存在着若干培养中学生思维能力的黄金课程，设计好这些课，在课堂上重点引导学生认识物理概念的形成过程，挖掘其中的科学方法，长此以往，潜移默化，学生就有可能在头脑中存储下这些信息，当碰到相似或相关的问题时，就会自觉地将头脑中的信息反馈出来.这不但会使学生在解决问题上事半功倍，而且使学生的思维能力也同时得到提高.从长远来看，这是提高课堂教学效率富有成效的重要途径之一.

渗透科学方法是培养思维能力的重要方法，反过来学生思维能力的提高有助于科学方法的发挥作用，这就大大提高了中学物理课堂的教学效率. 3.2物理概念教学是培养学生思维能力的重要途径 3.2.1物理概念教学是培养学生形象思维能力的重要途径

物理概念建立过程中，会引入大量的感性材料，并创设良好的思维环境，以形成正确的物理图象，从而为物理形象思维奠定基础.物理概念建立过程中，教师会通过多种形式，将生3.2.2物理概念教学是培养学生抽象思维能力的重要途径

物理学以物理概念为基石，在概念建立过程中，教给学生抽象思维的方法，从而培养学生的抽象思维能力.物理学中抽象思维方法主要包括分析与综合的方法、抽象与概括的方法、归纳与演绎的方法、比较与分类的方法、科学推理的方法等.将物理抽象思维方法有选择地教给学生，有利于培养学生的抽象思维能力.

3.2.3物理概念教学是培养学生直觉思维能力的重要途径

一个新的物理概念的建立，往往是以之前已有的概念为基础的.在建立新的物理概念时，鼓励学生运用类比、联想，充分发挥想象力，从宏观的角度上去分析，抓住已有概念建立的方法，撇去一些次要因素，确定总体思路，在此基础上进行大跨度的思维，从而培养学生的直觉思维能力.在概念建立过程中，鼓励学生大胆猜测，养成善于提问，敢于发表意见的习惯，同样有利于培养学生的直觉思维能力.

概念建立是培养学生思维能力的重要途径，反过来学生思维能力的提高有助于概念的建立，有助于提高概念教学的课堂效率，他们相得益彰.

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