培養(yǎng)高中生物理觀念的策略

◎ 海南省定安縣城南中學(xué) 王 旭

物理觀念總體而言是一種物理的自然觀，是物理規(guī)律和概念在頭腦中的提煉和升華。物理規(guī)律和概念的提煉，其重要的方面就是把這些概念和規(guī)律組合成優(yōu)化結(jié)構(gòu)，成為某個領(lǐng)域的核心內(nèi)容，成為觀察問題的視角、解決問題的思維指南。它是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)而具備的基本素養(yǎng)之一，是學(xué)生通過對物理現(xiàn)象的觀察、實驗的探究，將物理概念和規(guī)律在頭腦中進(jìn)行加工處理，逐步抽象出來的對物理本質(zhì)的認(rèn)識。學(xué)生在學(xué)習(xí)中如果不能形成正確的物理觀念，就會導(dǎo)致不能準(zhǔn)確把握物理概念和規(guī)律，在測試中就會亂套公式，答非所問。因此“物理觀念”作為最基礎(chǔ)的核心素養(yǎng)具有著重要的意義，特別是基礎(chǔ)薄弱的學(xué)校更應(yīng)該加倍重視學(xué)生物理觀念素養(yǎng)的培養(yǎng)。

物理觀念有兩層含義，一是形成物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念；二是會用這三個觀念解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題。那么如何形成觀念呢？首先，需要培養(yǎng)學(xué)生在真實的情境中或復(fù)雜的問題中能排除干擾，通過實驗論證并總結(jié)結(jié)論，抽象出事物的本質(zhì)，從而形成正確的物理觀念。其次，需要培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建優(yōu)化結(jié)構(gòu)的知識系統(tǒng)，使學(xué)生從散亂的，缺乏聯(lián)系的信息中提煉有用的信息，在頭腦的物理知識庫中迅速地搜索出所用到的物理知識和規(guī)律，從而解決物理問題。

一、培養(yǎng)高中生物理觀念的策略

要培育好學(xué)生的物理觀念，教師首先要引起重視。這種重視不僅需要我們在教學(xué)設(shè)計中體現(xiàn)物理觀念培養(yǎng)目標(biāo)，更重要的是如何落實目標(biāo)。教師在課堂中應(yīng)注重引領(lǐng)和啟發(fā)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，帶領(lǐng)學(xué)生參加實踐或做實驗，學(xué)會總結(jié)。在重視證據(jù)、尋找證據(jù)、解釋證據(jù)的學(xué)習(xí)過程中體驗和構(gòu)建物理觀念。通過教學(xué)實踐的研究，我認(rèn)為采用以下五點策略有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。

1.創(chuàng)設(shè)物理情境。培養(yǎng)學(xué)生物理觀念最直接的方式就是創(chuàng)設(shè)物理情境。情境教學(xué)不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，而且更加有利于學(xué)生物理觀念的形成。情境教學(xué)需要教師在課前予以充分的設(shè)計與準(zhǔn)備，教師要通過研究課標(biāo)和教材的內(nèi)容，依據(jù)學(xué)生的學(xué)情和學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求精心設(shè)計物理情境。把這些情境中的知識點逐步細(xì)化，并以問題的方式展現(xiàn)，這些問題是基于學(xué)生已有的知識和真實存在的問題入手，讓學(xué)生在解決這些問題的過程中，概括事物的共同屬性，抽象事物的本質(zhì)特征，從而形成物理觀念。

創(chuàng)設(shè)怎么樣的情境呢？我們要根據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求來創(chuàng)設(shè)真實的物理情境，這樣才能更好地落實物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)物理觀念的構(gòu)建過程。例如在“自由落體運動”一課中，學(xué)生的潛意識會認(rèn)為重的物體比輕的物體下落得快。針對這種錯誤的認(rèn)識，教師可以設(shè)計這樣的情境，利用相同的兩張紙，如一張折成紙團(tuán)和另一張不作處理來設(shè)計情境，讓學(xué)生交流分析得出空氣阻力對物體下落快慢有影響，再通過牛頓管實驗得出物體在真空中同時下落的共同屬性，抽象出自由落體運動的概念。體會建立物理模型的思維方式，認(rèn)識物理模型在探索自然規(guī)律中的重要作用，有利于學(xué)生運動觀的形成。

課程標(biāo)準(zhǔn)還強調(diào)學(xué)生能用物理觀念解決實際問題。如在“電勢差與電場強度的關(guān)系”一課中，我們以特斯拉線圈實驗來引入新課，神奇的人造閃電不僅能萌發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)的興趣，還能較好地激發(fā)學(xué)生思考電勢差與電場強度之間的關(guān)系，在好奇心的引領(lǐng)下，學(xué)生根據(jù)所學(xué)電場力做功的知識一步步地推導(dǎo)出兩者之間的關(guān)系，利用能量觀分析和解決實際物理問題。其次，特斯拉線圈人造閃電實驗加強了物理學(xué)與生活的聯(lián)系，培養(yǎng)了學(xué)生用物理學(xué)的視角觀察周圍客觀世界的習(xí)慣。特斯拉線圈人造閃電實驗與課后的“練習(xí)與應(yīng)用”又形成一個前呼后應(yīng)，起到學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測的作用，達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

2.注重實驗教學(xué)。物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗是物理教學(xué)的一個重要內(nèi)容，有著重要的意義。教師要善于為學(xué)生自主探究實驗提供幫助，讓學(xué)生親自動手參與實驗、積極探究，體驗科學(xué)探究的過程，找出事物的共同屬性，抽象出物理觀念。例如，在“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”一課中，學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道了閉合電路部分導(dǎo)體切割磁場就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。學(xué)生對產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件已具有一定的初步認(rèn)識，但是“切割”并不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件。這就需要教師引導(dǎo)學(xué)生精心設(shè)計探究性的實驗，讓學(xué)生通過不同的方式獲得感應(yīng)電流，找出不同方式的共同特征：閉合回路磁通量發(fā)生改變，通過實驗結(jié)論的總結(jié)并抽象出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件,突破了從初中階段的“切割”觀念上升到“磁通量變化”的觀念，形成能量觀。

在實驗器材缺乏的情況下，教師可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生利用身邊常見的器材參與自制教具，以培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。在制作教具之前，首先明確制作的目的，激活學(xué)生的思維；分析教具制作的原理，增強對物理知識的理解；鼓勵學(xué)生動手參與制作，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐的能力和解決問題的能力。例如在講解圓盤上的圓周運動時，對于難以理解是什么力提供向心力的學(xué)生，我們可以激發(fā)學(xué)生思考靜摩擦力的判斷方法，并利用自制教具來研究物理問題，不僅能喚醒學(xué)生的前知識，還能幫助學(xué)生形成正確的相互作用觀。

3.提倡問題驅(qū)動。問題驅(qū)動教學(xué)法是一種以學(xué)生為主體、以問題為學(xué)習(xí)起點，讓學(xué)生圍繞問題核心來尋求解決方案的一種學(xué)習(xí)方法。在此過程中，學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，掌握學(xué)習(xí)物理學(xué)的方法，去除錯誤的觀點，形成正確的物理觀念。物理學(xué)的發(fā)展本身就不是一帆風(fēng)順的，它是在經(jīng)歷了無數(shù)爭論和問題，在解決矛盾中逐漸發(fā)展起來的。如針對光到底是什么這一問題，17世紀(jì)時，科學(xué)界已有了兩種說法，一種是以牛頓為代表的微粒說，認(rèn)為光是光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒；一種是以惠更斯為代表的波動說。這種矛盾直到19世紀(jì)初，人們在實驗中觀察到了光的干涉和衍射后，才能證實光的波粒二象性?？梢姟皢栴}”即矛盾在物理學(xué)的發(fā)展中起著重要的作用。因此教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生善于觀察生活及生產(chǎn)中的物理問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，讓學(xué)生在對問題的思考和問題的解決中，逐步形成正確的物理觀念。如在教學(xué)“超重與失重”一課時，教師提出問題：用什么工具測量體重，測量時注意什么呢？學(xué)生回答：可以用體重計，測量時人要相對于體重計靜止。這時教師可以播放教師在電梯里從1樓到5樓的全過程視頻，學(xué)生看到了體重計示數(shù)的變化很驚訝！開始思考：老師也是靜止在體重計上，為什么體重計的示數(shù)在變化呢？難道老師變輕或變重了。另一同學(xué)回答：不，老師不能一下子減輕和增重的，不符合事實。學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個問題后，會激發(fā)他們的好奇心，他們想知道為什么實驗現(xiàn)象跟以前學(xué)的不一樣，這種求知欲是發(fā)生在學(xué)生內(nèi)心深處的，而不是老師安排的，從某種意義上說這種問題驅(qū)動教學(xué)更能體現(xiàn)學(xué)生的主體性。有了問題，就有了思考，思考便可加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解，加上在好奇心的牽引下，學(xué)生更有動力去完成學(xué)習(xí)活動，從而促進(jìn)學(xué)生形成運動與相互作用的觀念。

4.提倡小組合作探究。物理觀念的形成和發(fā)展并不簡單，需要通過具體內(nèi)容的學(xué)習(xí)、反思、遷移和應(yīng)用來逐步形成。小組合作探究最主要的特征是體現(xiàn)以學(xué)生為主體，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供一種輕松的、愉快的學(xué)習(xí)氛圍，充分調(diào)動學(xué)生的參與意識，使得知識間的聯(lián)系更為緊密，在交流討論中分析問題，學(xué)會思考判斷，使學(xué)生從別人的意見中受到啟發(fā)，思維更加發(fā)散，這時老師再適當(dāng)時給予點撥和概括，從而促進(jìn)正確觀念的形成。例如教學(xué)牛頓第三定律時提出：甲隊與乙隊拔河比賽，甲隊贏了，是否說明甲隊的力氣大呢？顯然，這樣的小組討論更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。有的學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗說：“肯定力氣大才能贏?！庇钟械膶W(xué)生反駁說：“如果力氣大的人腳下都是鋼珠，他比不贏一個小孩?！卑魏咏?jīng)驗豐富的學(xué)生說：“如果我們站在地板粗糙的一邊更容易贏一些。”在切磋爭辯中，啟發(fā)學(xué)生的思考，提高學(xué)生分析能力，進(jìn)而促進(jìn)物理觀念的形成。又如在探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗課中，我們怎樣確保哪一個力是那兩個力的合力呢？還有力的大小和方向如何確定，怎么作平行四邊形等，看似很簡單的實驗，卻存在著很多學(xué)生難以思考和理解的問題，小組合作的學(xué)習(xí)就可以發(fā)揮小組成員的各種優(yōu)勢，有些學(xué)生對合力及分力理解透徹就會分析用兩個力拉橡皮筋上的小圓環(huán)到O點,這時兩個力的合力與橡皮筋的彈力大小相等，方向相反。用一個力拉橡皮筋上的小圓環(huán)到O點,這時這個力與橡皮筋的彈力大小相等，方向相反。為此才得出這個力是那兩個力的分力。有些學(xué)生對力的圖示方法掌握很好，就會用力的圖示去觀察合力與分力兩者之間的關(guān)系，力的方向如何記錄呢？數(shù)學(xué)學(xué)得好的學(xué)生會想到在線上描繪兩點，用兩點來確定一條直線。教師可給學(xué)生展示一下作圖的規(guī)范性，讓實驗效果更加明顯和突出。通過這樣的合作學(xué)習(xí)，讓大家都各顯其能，把每一個問題逐步解決。這樣不僅能給學(xué)生一個展現(xiàn)自我的平臺，而且在相互交流中能更好地解決問題和發(fā)現(xiàn)新問題。

5.注重思維能力和表達(dá)能力的培養(yǎng)。學(xué)生具有良好的思維能力，便可以全面、運動、聯(lián)系的觀點看待問題，更加準(zhǔn)確地挖掘事物的本質(zhì)，形成正確的物理觀念。這需要教師在平時教學(xué)中要注意培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。對于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，可以先加強其形象思維，再逐步為抽象思維的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會歸納總結(jié)和推導(dǎo)演算，培養(yǎng)學(xué)生善于分析各種現(xiàn)象和事物的本質(zhì)，從而來培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

學(xué)生具有良好的表達(dá)能力，便可以準(zhǔn)確、有邏輯性地描述物理現(xiàn)象和規(guī)律，從而解決實際問題。這需要教師在課堂中要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，多鼓勵學(xué)生摒棄自卑，勇于表達(dá)，不斷提升學(xué)生對知識概括、總結(jié)和表達(dá)能力。教學(xué)目標(biāo)具有具體化和可視化的性質(zhì)，表達(dá)能力作為目標(biāo)評估的一項，有著重要的意義，會說和會寫正是觀念在頭腦中加工的產(chǎn)物，為此教學(xué)中我們務(wù)必要注重學(xué)生表達(dá)能力的培養(yǎng)，不要再以自己為中心，要把主動權(quán)還給學(xué)生。例如，在制作“橡皮動力直升飛機(jī)”的過程中，學(xué)生對涉及到的物理知識解析得很清晰，他們說：“橡皮筋在恢復(fù)原狀的過程，彈性勢能轉(zhuǎn)化成螺旋槳的動能；螺旋槳向下推動空氣，空氣反過來給飛機(jī)向上的反作用力，說明力的作用是相互的，且作用力的方向是相反的。”在學(xué)生表達(dá)的過程中，可以就看出學(xué)生對知識的理解能力和對知識的把握程度，是學(xué)生學(xué)習(xí)的知識和概念在頭腦中的整理和升華之后通過自己的語言來解釋生產(chǎn)生活中的物理現(xiàn)象。

以上五種策略是筆者在教學(xué)實踐中提出的一些看法，而培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念是一項長期的系統(tǒng)工程，還需要不斷實踐探索。