| 标题 | 中学物理“思维型”课堂中概念教学的探讨 |
| 范文 | 李俊永+王长江 摘要：针对如何提高中学物理概念教学的效率问题，借鉴中学物理“思维型”课堂理论对概念教学进行研究，以人教版高中物理“功”的教学为例，从引入概念、形成概念、运用概念、反思小结四个环节探讨中学物理概念教学的相关问题. 关键词：“思维型”课堂；概念教学；物理概念 物理概念是物理思维的细胞，是建构物理知识体系的基石.物理规律的建立和表达都需要以最基本、最核心的物理概念为支撑，解决物理问题需要对物理概念有深入的理解.高中物理概念的抽象性与深刻性对学生的认知能力提出了很高要求，怎样有效、高效地开展概念教学从而提高物理教学的效率，是物理教学中一贯而又非常重要的问题.本文将要探讨的是如何将“思维型”课堂的基本原理应用到概念教学当中去. 1思维型课堂教学的核心思想与基本原理[1] 当下许多物理教学中学生对物理概念的学习处于“学而不思”的状态，被动接受现象相当普遍，他们根本不重视概念的学习，认为概念的学习对于解题无足轻重.对此，王长江副教授也有类似的看法[2].中学物理“思维型”课堂理论为解决这样的共性问题打开了一扇窗口.思维型课堂教学强调课堂教学中师生活动的核心是“思维活动”，通过引发学生积极思考、主动探究的加速认知过程.在教学过程中，强调以诱发思维动机为特征的教学导入，以引发思维动力为特征的教学过程，以进行思维监控为特征的教学反思，以达到灵活思考为目的的应用迁移. 11认知冲突 认知冲突指在认知发展的过程中，学习者原有的认知结构无法同化或顺应当前情景中出现的问题时在心理上形成的矛盾状态.在教学场域中这种矛盾的状态是学生思维发展的内在重要驱动力，教师应当依据教学的目标和重点在学生的“最近发展区”不断地创设“两难情景”，形成认知冲突链，促进学生思维发展. 12自主建构 自主建构包括认知建构和社会建构.认知构建强调学习是学习者积极主动地将知识进行自我经验化的处理，已有的认知结构是学习新知的基础并且需要在不断激活中与新知产生实质的联系；社会建构则强调课堂中师生、生生间的互动为教学中最基本、最重要的人际关系，不仅关注行为情感互动，更关注思维的互动. 13应用迁移 学习的目的在于将习得知识、能力迁移到新的问题情境中去.产生迁移的重要条件是学习者能在新旧问题情境中概括出共同要素. 14思维监控 学习者应对自己的学习活动进行有意识的反思，诊断检查自己的思维过程，寻找和检查自己在学习中所达到的结果是否符合设置的目标. 2教材内容的分析及概念流程图 人教版中“功”这一节内容编排在物理·必修2的第七章第二节.在此之前初中物理教材已经对功这一概念做了简单的介绍，高中物理也对直线运动和曲线运动中力和运动的关系做了详细的研究.基于学习进阶理论，功概念的深入研究是对“力与运动”这一核心物理概念的深化，是物理学习方法论的重大转变与认识论的重大超越.与功相伴随的是“能量”这一重要核心概念，所以功与这两大核心概念有着千丝万缕的联系.继功之后教材又介绍了功率这一基本概念，功的地位使其成为“能量”的核心概念.功与能量的抽象性使得不少学生感到困难，也造成了学生不可能一次性地彻底掌握功的内涵与外延，利用初中阶段对功的特殊性研究来代替高中阶段的一般性肯定是不合适的，为此，功的研究应当做到遵循规律由浅入深地进行.《课程标准》的要求是：举例说明功是能量转化的量度，理解机械功的概念，知道功是标量，理解正、负功的意义，会用动能定理计算功. 基于以上分析结合对教材文本解读，本节课的思维活动以下面3个基本知识为内容： ①力对位移的累积效应为功； ②恒力功表达为力、位移及其夹角余弦值的乘积； ③功的计算及对其结果的讨论. 对上面的3个基本知识，笔者设计了表1中所展示的6个基本问题，并提出了相应的思维能力. 31创设问题情境，启动学生思维活动程序 中学物理“思维型”课堂要求教师要不断地创设问题的情境，通过问题启动学生的思维.亚里斯多德说过：“思维开始于疑问与惊奇，问题启动思维”，这需要教师创造适合概念建立的情景，精心的设计问题.概念教学應设法创造思维情境，组织学生的思维活动，培养学生的物理抽象能力、概括能力、判断能力和综合分析能力.本环节围绕“为什么要研究功这一概念？”这一问题展开，以培养分析与类比能力. 片段一巧用“斜面”，寻找不变量，提出新的问题 师：如图2所示，质量为m可视为质点的滑块分别从光滑斜面的顶端A点沿倾角为θ1、θ2、θ3滑下时，请同学们仔细思考，运动快慢和位置高低各有什么样的共同特征？ 生：位置越来越低，速度越来越大. 师：物块沿倾角为θ2的斜面滑下，重力沿斜面方向的下滑分量与下滑距离的乘积是多少？这个乘积与倾角的变化有没有必然的联系？ 生：这个乘积是mgsinθ2·hsinθ2=mgh，与倾角的变化没有必然联系. 师：结合斜面考虑上面的两个问题，当物块下滑过程中其动能增大同时重力势能也跟着减小，在这两种能量变化的过程中，同学们发现了不论斜面的倾角怎么变化，重力沿斜面方向的分量与下滑距离的乘积始终为mgh，且紧密联系能量的变化. 评析通过斜面引导学生得出不变量mgh的过程中，借助两个问题把学生的思维引向深入，特别是第二个问题的设计恰处在学生认知的最近发展区，激起了学生思维的涟漪.第二个问题的解答，既锻炼了学生的分析能力，又潜在的回答了“为什么要引入功”（功是能量转化的量度）这一问题，还进一步把学生的思维活动引向知识的最新发展区，为片段二的进行埋下了伏笔. 片段二借用“史料”，明晰必要性，引出功的概念 师：人们对mgh的认识，最早源于早期工业革命发展的需要.工程师们认为在燃烧同样多的燃料时可以利用机械举起的重量与举起高度的乘积来反映机械干活的多少，从而比较蒸汽机的优劣，并把mg与h的乘积称之为功.最后科学家科里奥利明确地把作用于物体上的力和受力点沿力的方向的位移的乘积叫做“力的功”. 生：哦，原来这样！（学生发出惊叹声） 评析通过展示早期工业革命时期的老照片来激发学生学习的欲望，增加物理学的厚重感，让学生体会到物理概念的建立是为了解决特定的问题而引入的，并非随意而为之.片段二从物理学史的正面回答了建立“功”这一概念的必要性，同时学生发出惊叹声正源于对机械功“前生今世”的彻悟.至此思维路径已打开，思维的内驱力得到充分的启动. 32巧设问题链条，驱动学生思维发展 物理教学的有效性在于教学的逻辑性，有逻辑的教学能够使得教学变得有效.中学物理“思维型”课堂需要用最富逻辑性的问题链条串接学生的思维认知序列，不断调整学生对物理概念的认知序，使其在思维活动中产生认知冲突从而产生心灵的震颤，达到对思维过程的推进，一步步地促成物理概念教材序向个体认知序转化，最终形成正确概念.本环节主要围绕“如何研究机械功”和“研究机械功需要经历怎样的研究过程”这两个基本问题展开，以培养学生的推理、迁移和解释的能力. 片段3激发认知冲突，产生求知欲望 师：同学们，请仔细看看初中教材对功的表述，再看看你现在的教材，这两者有什么不同？你有没有自己的疑问？（展示初中物理教科书阶段对功的表述） 生：都有两个要素且用乘积表达功，功的单位没有变，现在的教材把距离变成了位移，但距离与位移表达的含义不同，如果此时再分别与力的大小相乘，那么计算的结果会相同吗？ 师：好，其他同学是不是也有类似的看法呢？ 生：嗯.（点头） 师：嗯，其实老师也有这个疑惑.大家先把问题留在这里，等一会你就知道谜底了. 评析该片段的设计目的在于让学生产生认知冲突，出现求知的欲望.该情景中，紧扣初高中对概念呈现方式的不同，让学生自己发现其中的差异并产生心理上的未解答状态，利用学生急于求解的心理，教师急转课堂方向把学生的思维走向带入未解问题求解的过程中，此时学生的心理状态是期待. 片段4探寻方法线感知思维方向，形成正确概念 师：如图3所示，根据功的定义恒力F对物块做了多少功？ 生：W=Fl. 师：图3中的力F不但对物块做了功而且大小为Fl.大家思考这样一个问题，当恒力F与运动方向成某一角度时，力F还对物块做功吗？如果做了功其值是多少？请你自己在练习本上画出情境图并加以分析.（投影学生的草图） 生：应该可以的，将力F沿位移的方向和垂直于位移的方向正交分解就行了，力的垂直分量与位移垂直不做功，力的水平分量与位移方向一致做功大小为W=F1l=Fcosα·l（至此，教师展示图4指出这种分解的重要性） 师：是不是只能分解力到位移所在直线和垂直于位移的方向，力是矢量可以分解，那么位移呢？（请两位同学上黑板演示解题，可请教老师和下面同学，下面同学可相互研究，最终得到W=F·lcosα的结论） 师生共同总结：求解恒力功可以直接使用W=Flcosα，α为力与位移共起点时的夹角，也可以先正交分解力再求解分力与位移的功求解，还可以先正交分解位移再求解力与分位移的功.这也就能够回答为什么距离变成位移的问题，因为此二者在数学处理上是一致的. 评析思维型课堂强调教师对学生知识学习的引导，使学生能够自主完成知识的自主认知建构和与别人交流学习当中知识的社会建构，也注重教师对学生思维方法的引导.该情景的研究方法从特殊走向一般，又由一般回归特殊.将力与位移共线的情形转向有夹角的情形，问题由特殊转为一般，问题解决的性质迫使学生启动自我系统对问题加以甄别，寻找解决的办法，在学生的心理上又再次产生了认知冲突.学生将力进行正交分解是自主建构的过程，分解位移为社会建构的过程.正是正交分解这一方法的使用沟通了特殊与一般的关系，又将一般化为特殊，思维加工的内在动力得到激发. 33精选物理习题，应用原理深化活化概念 物理习题的选择要能很好的匹配所学习的新概念，用新概念解決新的物理情境下的物理问题.本环节的基本问题是：如何理解正、负功的内涵？如何理解功是标量？分别用以培养学生的分析、分类和比较、善于分析的思维能力. 片段5应用习题理解概念意义 师：下面请大家认真完成课本59页“问题与练习”[3]的第一个题目（图5），并和周围同学比对结果，看看你能发现什么问题. 生：甲图中力F做功103J，乙图为-103J，丙图中为103J.功的结果有正、负的区别. 师：正、负号是怎么引入的？ 生：正、负号由力与位移的夹角引入，当夹角为锐角时cosθ为正值，功就为正值；当夹角为钝角时cosθ为负值，功就为负值. 师：同学们仔细思考，夹角有没有特殊情形？ 生：为90°时，cosθ值为0，功此时为0J；180°时，W=-Fl. 师：大家请看课本58页的三幅图片，你能不能从力的效果上说说功的正负的含义吗？ 生：力做正功时力为动力，力做负功时为阻力，不做功时速度大小不增不减. 评析该习题选自课后练习与前面知识相对应，既应用了功的计算公式，又将研究的方向转到正负功的意义上来.整个过程发展了学生提取、执行、实施的认知过程，让学生体会知识是怎样被应用的. 片段6增加习题梯度，稳定思维结构 习题展示：如图6所示，在光滑水平面上，物体受两个相互垂直的大小分别为F1=3N和F2=4N的恒力，其合力在水平方向上，从静止开始运动10m，求： （1）F1和F2分别对物体做的功是多少？代数和为多大？ （2）F1和F2合力为多大？合力做功是多少？ 师：所示习题第一问和第二问的结果分别是什么？（将学生分成两大组分别解决第一、二问） 生（组1）F1和F2对物体做的功为W=W1+W2=18J+32J=50J. 生（组2）F=F21+F22=5N，合力F的功为W=Flcos0°=50J. 师：你们有没有发现令你感到惊奇的事情？你能根据平行四边形定则解释它吗？ 生：做功的结果一样.功应该是个标量. 师生共同总结：功为标量.合力功的计算可先求解分力功，再求其代数和，亦可先求解合力，据公式计算合力功. 评析稳定的思维结构只有在多次运用概念并解决问题的过程中才能形成，良好的思维只有通过对知识的实践才能得到更好的发展.期间，知识的深化活化过程得以完成. 3.4回顾思维脉络，反思物理概念建立过程 传统概念教学将重点落实在了理解深化与活化的部分，思维型课堂不仅强调概念在应用中的理解，也同等重要的强调思维监控在反思小结中的作用.思维监控使得学习心理变得立体化，学生应该认识到自己的思考过程是怎样进行的，而不是具体的学到了多少知识.反思环节着重围绕“合力功的计算需要用到哪些基本的物理方法？”来进行，具体通过师生、生生間的相互问答来实现，充分地将功概念教学中所蕴藏的科学研究方法、思维路径提炼出来. 4教学的反思 概念教学中需要以学生思维活动为核心巧妙地设计问题串，不断激发学生的认知内驱力，在师生、生生、组间和组外互动交流中完成知识的建构，不论是概念的形成还是深化活化乃至最后的反思小结都需要学生觉察到自己的学习活动，并不断调整自己的思维活动.笔者感受到“激疑——探析——建构——深化——反视”让整节课充满了生命感，也觉得对思维型课堂具体模式和策略的不断探索应当成为每一位物理教育工作者教研自觉. 参考文献： [1] 王长江，中学物理思维型课堂教学研究[M].北京：科学教育出版社，2015：13-15 [2] 王长江，胡卫平 中学物理“思维型”课堂中概念的教学探讨[J].2015（7）：2-6 [3] 人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心普通高中课程标准实验教科书物理必修2[M].北京：人民教育出版社，2010：59 |
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