初中物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生思維能力的實踐研究

楊小京

摘? ?要：思維能力是智力和能力的核心，因此培養(yǎng)思維能力是提升智育水平的一個重要途徑。發(fā)展思維能力的突破口是培養(yǎng)思維品質(zhì)，思維品質(zhì)是在運用不同的思維方法學(xué)習(xí)知識的過程中逐步提升的。學(xué)習(xí)不同類型的知識會用到不同的思維方法，在初中物理教學(xué)中經(jīng)常使用的思維方法有分析與綜合、抽象與概括、科學(xué)推理等，將這些思維方法滲透到日常的學(xué)習(xí)過程中，可以提升學(xué)生的思維能力，進而發(fā)展學(xué)生的智力。

關(guān)鍵詞：初中物理；思維能力；分析與綜合；抽象與概括；科學(xué)推理

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-010X（2023）05-0004-04

思維能力既是智力和能力的核心，又是各種素養(yǎng)的核心，因此培養(yǎng)思維能力是提升智育水平的一個重要途徑?！读x務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》中指出，物理課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，其中科學(xué)思維既是從物理學(xué)角度對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認知方式，又是建構(gòu)物理模型的抽象概括過程，同時其還是分析與綜合、推理與論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運用。依據(jù)科學(xué)思維的具體內(nèi)容，本課題組嘗試將物理思維方法與學(xué)習(xí)過程進行有機融合，以將隱性思維方法顯性化，并根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)不同的思維方法，以在初中物理課堂教學(xué)中建立思維培育理念，如此可使學(xué)生于學(xué)習(xí)知識的同時，提升思維能力，發(fā)展智力。

一、培養(yǎng)學(xué)生進行分析與綜合的能力

分析是從整體到局部、由統(tǒng)一到分離的思維方法，綜合是從局部到整體、由分離到統(tǒng)一的思維方法。它們緊密聯(lián)系，不可分割，具有辯證統(tǒng)一的關(guān)系。從思維的角度來看，物理分析方法的特點是從物理事物的整體深入到組成它的各個部分和要素，然后再通過研究各個組成部分和要素來認識物理事物的整體規(guī)律和本質(zhì)的。物理綜合方法的特點則是在分析的基礎(chǔ)上，將研究對象的各個組成部分和要素在思維中重新組合成一個整體，然后從整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律的。在初中物理教學(xué)中，解決力學(xué)問題的隔離法就是一種分析思維方法，其將研究對象與其他物體隔離開來，然后單獨對隔離出來的物體進行受力分析，并運用相應(yīng)的定律來分析求解。如圖1所示，完全相同的AB兩物塊疊放在水平桌面上，用F₁=50N的水平力作用在B物塊上，AB一起做勻速直線運動，此時B物塊所受的摩擦力為_____N，地面對A物塊的摩擦力為_______N.

本題可以采用分析法求解，即將B物體隔離出來，對B物體進行受力分析，然后根據(jù)二力平衡可知A對B的摩擦力f₁=F₁=50N（如圖2所示）。也可以將A物體隔離出來，對A物體進行受力分析，然后根據(jù)二力平衡可知B對A的摩擦力f₂與地面對A的摩擦力f₃是一對平衡力， f₁與f₂是一對相互作用力，由此推理可知f₃=f₂=f₁=50N。同時此題還可以用整體法（綜合）求解，即把AB看成一個整體（如圖4所示），此時f₃= F₁=50N。將隔離法和整體法作為兩種解題思路分享給學(xué)生，既能實現(xiàn)一題多解，又能提高學(xué)生思維的靈活性，促進學(xué)生思維發(fā)展。

分析與綜合方法還可以應(yīng)用在物理規(guī)律的學(xué)習(xí)中，例如在研究串聯(lián)電路中的基本規(guī)律時，教師可利用實驗對I、 U、 R、 P四個物理量逐一進行測量和計算，以尋找它們之間的關(guān)系，然后再把這些關(guān)系重組到一起，就可概括出串聯(lián)電路的基本規(guī)律。即首先利用圖5所示電路進行實驗，并記錄三個電流表的示數(shù)分別為I₁、I₂、I₃；然后再利用圖6所示電路進行實驗，以得到L₁、L₂兩端的電壓分別為U₁和U₂，根據(jù)R=U/I，可得到L₁、L₂的電阻分別為R₁和R₂，然后再根據(jù)公式P=UI，可得到L₁、L₂的實際功率分別為P₁和P₂，以上過程結(jié)束后學(xué)生將數(shù)據(jù)填入實驗記錄單，然后再換上另外兩個規(guī)格不同的小燈泡再做幾次實驗，并記錄數(shù)據(jù)，最后教師引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析、比較這些實驗數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)串聯(lián)電路中各處電流都相等，且電阻越大，兩端電壓越大，實際電功率越大的規(guī)律。

從物理教學(xué)過程的角度看，以上教學(xué)的邏輯主線是提出問題——分析問題——解決問題；從思維的角度看該物理學(xué)習(xí)過程是從感性具體到思維抽象，而對感性材料的加工處理離不開分析與綜合，所以分析與綜合是物理思維中最基本的方法。

二、培養(yǎng)學(xué)生進行抽象與概括的能力

思維最顯著的特征是概括。無論是物理學(xué)科的學(xué)習(xí)還是其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，都離不開概括能力。要想提升概括能力，就必須創(chuàng)設(shè)思維型學(xué)習(xí)活動，并引導(dǎo)學(xué)生用抽象與概括的思維方法進行學(xué)習(xí)才行。抽象就是在思想上把事物的本質(zhì)屬性或特征和非本質(zhì)屬性或特征區(qū)分開來，即舍棄非本質(zhì)屬性或特征，抽取出本質(zhì)屬性或特征。概括是在思想上將許多具有某些共同特征的事物，或?qū)⒛撤N事物已分出來的一般、共同的屬性、特征結(jié)合起來，換言之概括過程就是把個別事物的本質(zhì)屬性推及為同類事物本質(zhì)屬性的過程。在初中物理教學(xué)中，抽象與概括思維方法主要體現(xiàn)在模型建構(gòu)和概念形成方面，如在學(xué)習(xí)做功的必要因素時，運用的就是抽象與概括思維方法。

在圖7五種場景中，力對物體都做了功。對此教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析力對物體做功時有什么共同特征，并辨析做功時的本質(zhì)特征和非本質(zhì)特征，如此可最終概括出其本質(zhì)特征。教師經(jīng)課堂實踐發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生能說出做功的兩個關(guān)鍵因素：力和距離，但是在概括“力與距離的關(guān)系”這個本質(zhì)特征時較為困難，針對這個問題，依據(jù)實踐經(jīng)驗可這樣設(shè)計（如圖8所示）：

引導(dǎo)學(xué)生比較做功與不做功的異同，發(fā)現(xiàn)做功時的“距離”是在力的方向上移動的距離，由此最終可概括出做功的兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上移動的距離。實際上在建構(gòu)物理概念的過程中不僅會用到抽象與概括思維方法，很多時候還會綜合運用多種方法，如分析與綜合的方法、比較與分類的方法等，如圖9所示。

初中階段的學(xué)生會遇到很多物理模型，它們主要是利用抽象與概括的方法建立起來的理想化模型。模型建構(gòu)是指從復(fù)雜的現(xiàn)象中抽取出該現(xiàn)象最主要的元素或參數(shù)，并找到這些元素或參數(shù)之間的正確關(guān)系，然后在此基礎(chǔ)上確立最重要的幾個元素及這些元素之間的相互關(guān)系，以形成正確的結(jié)構(gòu)模型，進而描繪出原本復(fù)雜現(xiàn)象的過程。如杠桿模型的構(gòu)建，教師可先出示在生活中使用杠桿的范例，然后引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析這些范例杠桿在使用過程中的共同特征，隨后教師可啟發(fā)學(xué)生從杠桿材料、杠桿形狀、杠桿受力及運動特點等方面進行思考，如此既可為學(xué)生搭建思維支架，又可引導(dǎo)學(xué)生概括出杠桿的本質(zhì)特征。

當(dāng)固定點、硬棒、受力轉(zhuǎn)動這些本質(zhì)特征被提取后，教師就可以鼓勵學(xué)生基于感性認識，將這些本質(zhì)特征按照一定的邏輯進行組織和概括，如此可將生活中的杠桿簡化以抽象出杠桿模型。當(dāng)然此時的模型也只是初步模型，還需要找到杠桿模型的一些重要元素，如動力、阻力、動力臂和阻力臂，并通過探究的方式尋找到這些重要元素之間的關(guān)系，才能最終構(gòu)建起真正的杠桿模型。模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)方法，是培養(yǎng)學(xué)生抽象與概括能力的一個重要過程，其具體操作可參照圖10（北京教育學(xué)院 馮華教授提供）。

抽象與概括既是重要的抽象思維方法，又是學(xué)生深刻掌握物理概念的前提。目前本課題組正在逐步探索物理模型和物理概念的建構(gòu)方法，同時根據(jù)學(xué)生的發(fā)展規(guī)律和學(xué)科結(jié)構(gòu)，有計劃、有目的地培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。

三、培養(yǎng)學(xué)生進行科學(xué)推理的能力

科學(xué)推理是基于實踐活動，依據(jù)事實證據(jù)進行的符合邏輯的判斷。按照其思維進程的不同，科學(xué)推理一般可分為歸納推理、演繹推理和類比推理。歸納推理在初中物理教學(xué)中運用較為廣泛，它是由一些個別、特殊的判斷推出一般判斷的思維方式，其思維過程主要有三步：第一，收集材料。即通過觀察、實驗獲得大量感性材料。第二，整理材料。即將材料進行歸類，以得出反映事物外部特征和條件的判斷。第三，抽象概括。即經(jīng)過分析、綜合、比較等，排除無關(guān)、非本質(zhì)的因素，然后抽象出本質(zhì)因素，以概括出一般性規(guī)律?，F(xiàn)以牛頓第一定律的教學(xué)過程為例對其進行闡述。

環(huán)節(jié)一：提出觀點

環(huán)節(jié)二：初步推理

在上面兩個環(huán)節(jié)中，學(xué)生在實驗的基礎(chǔ)上表明觀點，然后進行簡單推理，并將阻力作用的大小轉(zhuǎn)化為小車運動路程的長短。即確定路程為因變量，小車在水平面上的初速度和在水平面上的阻力為自變量，然后通過控制初速度這個自變量，研究阻力對因變量的影響，具體思路如圖11所示：

環(huán)節(jié)三：科學(xué)論證

對實驗數(shù)據(jù)進行對比、分析、推理后可引導(dǎo)學(xué)生進一步假設(shè)得出若阻力為零，則小車的速度不會減慢，會永遠運動下去，這與幾百年前伽利略通過理想實驗得出的結(jié)論是一致的，然后引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)梳理牛頓第一定律。此教學(xué)過程，是以實驗為基礎(chǔ)，依據(jù)事實證據(jù)進行科學(xué)推理，從觀點到結(jié)論的物理規(guī)律建構(gòu)過程。

教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生嘗試運用不同的思維方法學(xué)習(xí)不同類型的物理知識，并將思維方法與學(xué)科知識進行有機融合，以關(guān)注學(xué)生思維發(fā)展的進階性。只有這樣才能提升學(xué)生的思維素養(yǎng)，這是學(xué)生發(fā)展的基礎(chǔ)。