基于初中物理易錯(cuò)問(wèn)題發(fā)展高階思維

劉彤 顏仁澤郝睿

摘? ?要：慣性一節(jié)相對(duì)初二學(xué)生來(lái)說(shuō)過(guò)于抽象，傳統(tǒng)教學(xué)方法只是在“伽利略理想實(shí)驗(yàn)”后提出慣性概念。由于理想實(shí)驗(yàn)缺乏感性認(rèn)識(shí)，造成學(xué)生理解不深、產(chǎn)生盲區(qū)?；趹T性概念易錯(cuò)問(wèn)題設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，打破傳統(tǒng)教學(xué)方式，分層深化、建構(gòu)認(rèn)知沖突從而發(fā)展高階思維。

關(guān)鍵詞：高階思維；核心素養(yǎng)；慣性

引言

高階思維是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力[ 1 ]?！吨袊?guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》明確指出，核心素養(yǎng)是教育領(lǐng)域的重點(diǎn)，高階思維能力發(fā)展是核心素養(yǎng)中的核心[ 2 ]。由此可見(jiàn)，發(fā)展高階思維是物理教學(xué)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，這就要求教師在物理教學(xué)中需要充分了解學(xué)生的思維關(guān)鍵點(diǎn)，以此為引導(dǎo)進(jìn)行知識(shí)的深化和升華，從而培養(yǎng)初中生在物理學(xué)科的高階思維能力。

“慣性”概念在人教版八年級(jí)物理第八章第1節(jié)“牛頓第一定律”的第二課時(shí)提出的，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》中對(duì)其內(nèi)容要求設(shè)定為：了解慣性，能運(yùn)用物體的慣性解釋自然界和生活中的有關(guān)現(xiàn)象[ 3 ]。但是慣性概念過(guò)于抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)中易產(chǎn)生學(xué)習(xí)障礙和學(xué)習(xí)誤區(qū)?；趯W(xué)生在“慣性”一節(jié)中的易錯(cuò)問(wèn)題設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，利用高階思維分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新層次掃清學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙，從而促進(jìn)教學(xué)的有效開(kāi)展。

1? 學(xué)習(xí)障礙歸因

截取人教版八年級(jí)物理教材“慣性”概念內(nèi)容，如圖1所示。不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)課程中慣性概念的引出過(guò)程過(guò)于生硬、突兀。牛頓第一定律是基于前人在經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)的基礎(chǔ)上得到的理想化結(jié)論，在課堂或是現(xiàn)實(shí)生活中不能夠直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生對(duì)牛頓第一定律進(jìn)行認(rèn)知建構(gòu)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的障礙。在第一課時(shí)學(xué)習(xí)后，教學(xué)過(guò)渡中僅僅是“從牛頓第一定律可以知道...”，對(duì)牛頓第一定律的前概念并未完全理解和掌握的情況下進(jìn)行以此為基礎(chǔ)的第二課時(shí)“慣性”的學(xué)習(xí)。這樣的處理方式， 看似降低了教學(xué)難度， 但實(shí)際上增加了教師授課的難度[ 4 ]。

2? 易錯(cuò)問(wèn)題

在“慣性”課節(jié)的教學(xué)活動(dòng)中，根據(jù)學(xué)生的作業(yè)與考試反饋可以將學(xué)生的高頻易錯(cuò)問(wèn)題大致歸于以下兩種：

易錯(cuò)問(wèn)題1：靜止的物體沒(méi)有慣性，運(yùn)動(dòng)的物體有慣性；慣性大小與速度有關(guān)。

八年級(jí)的學(xué)生習(xí)慣用形象思維來(lái)認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)事物，抽象思維仍不完善。介于“牛頓第一定律”的學(xué)習(xí)，學(xué)生容易認(rèn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)影響慣性大小，認(rèn)為同一個(gè)物體在靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的慣性不同；速度大的物體具有的慣性大，速度小的物體具有的慣性小。

易錯(cuò)問(wèn)題2：慣性是一種力。

例如學(xué)習(xí)重力和彈力時(shí)，有天平和彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，學(xué)生能夠清晰、形象的觀察到實(shí)例。學(xué)習(xí)“慣性”之前，學(xué)生分析狀態(tài)過(guò)程都是以某某力的形式出現(xiàn)，所以學(xué)生潛意識(shí)里也將“慣性”歸結(jié)為一種力。在繪制受力示意圖和解題運(yùn)算時(shí)，會(huì)將“慣性”加入其中，錯(cuò)誤實(shí)例如圖2所示。

根據(jù)以上易錯(cuò)問(wèn)題，設(shè)置相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)和工作單，通過(guò)教學(xué)干預(yù)改變學(xué)生的思維關(guān)鍵點(diǎn)，培養(yǎng)基于“慣性”物理概念的高階思維。

2.1? 重拾舊知，概念分層深化

結(jié)合圖3工作單（一）回顧物體的狀態(tài)需要力來(lái)改變，靜止的小車(chē)需要一個(gè)推力才能運(yùn)動(dòng)起來(lái)，運(yùn)動(dòng)的小車(chē)受到摩擦力和空氣阻力最終會(huì)停止。如果沒(méi)有外力作用，物體會(huì)保持原來(lái)的狀態(tài)。

教師歸納總結(jié)：不管靜止還是運(yùn)動(dòng)的物體，總是具有維持原來(lái)狀態(tài)的趨勢(shì)或意向，進(jìn)而引出慣性概念。結(jié)合圖3工作單（二）中設(shè)置的問(wèn)題，深次層剖析慣性概念，從概念出發(fā)理解：慣性不是力：慣性與力有本質(zhì)區(qū)分，慣性是物體具有的一種屬性，而力是物體對(duì)物體的作用；慣性大小與速度無(wú)關(guān)：適用對(duì)象是一切物體，不管靜止或者運(yùn)動(dòng)的物體都具有慣性。

2.2? 擴(kuò)展延伸，提升生活體驗(yàn)

生活中在分辨生雞蛋和熟雞蛋時(shí)會(huì)將它們放在桌子上旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)的是生雞蛋，這是為什么？

教師通過(guò)此環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之后的靈活運(yùn)用以便學(xué)生能更加全面系統(tǒng)地掌握物理知識(shí)與概念，設(shè)置如圖3工作單（三）。

2.3? 認(rèn)知沖突，深探問(wèn)題本質(zhì)

學(xué)生在搜集生活中應(yīng)用慣性的例子之后默認(rèn)相連通的物體，當(dāng)一方速度改變時(shí)，另一方由于慣性仍保持原來(lái)狀態(tài)進(jìn)而具有相對(duì)前一方相反方向的運(yùn)動(dòng)。教師憑借學(xué)生的思維定勢(shì)，進(jìn)行如下小實(shí)驗(yàn)建構(gòu)學(xué)生的認(rèn)知沖突。

小實(shí)驗(yàn)：將裝有水的玻璃缸放置在桌面上，將被玻璃缸底部用細(xì)繩系住的空乒乓球和一裝滿(mǎn)沙子的乒乓球放在水中，控制兩者深度相同，大小相同，只有質(zhì)量不同。接著快速拉動(dòng)玻璃缸，學(xué)生觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：空乒乓球隨著玻璃缸動(dòng)的方向同向，而重的乒乓球卻與之反向。

教師提問(wèn)：按照慣性的定義，物體應(yīng)該具有保持原有狀態(tài)的性質(zhì)。那么為什么兩個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同呢？

學(xué)生提出猜想可能是由于質(zhì)量不同導(dǎo)致慣性大小不同，從而兩個(gè)乒乓球發(fā)生不一樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

設(shè)計(jì)意圖：開(kāi)始建立認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，在控制變量的情況下學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象主動(dòng)提出慣性大小的影響因素，進(jìn)而利用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證慣性大小是否和質(zhì)量有關(guān)。

探究實(shí)驗(yàn)：利用有斜面裝置的軌道，將小車(chē)放置在某一高度處。在平面軌道上固定位置放置一個(gè)空塑料瓶。將小車(chē)無(wú)初速度釋放，使其碰撞空塑料瓶，記錄空塑料瓶撞飛距離，接著向塑料瓶子分次加入水，改變其本身的質(zhì)量，繼續(xù)測(cè)量撞飛距離。

設(shè)計(jì)意圖：由于慣性大小無(wú)法被直接測(cè)量，教師引導(dǎo)學(xué)生從慣性概念入手進(jìn)行思維轉(zhuǎn)化，將測(cè)量慣性大小可視化的轉(zhuǎn)化為改變一個(gè)物體狀態(tài)的難易程度，如上述環(huán)節(jié)所示，當(dāng)撞飛距離越大，證明越容易改變物體的原有狀態(tài)，則慣性越小。

3? 總結(jié)

慣性概念是九年義務(wù)教育物理教材中教學(xué)的難點(diǎn)。而現(xiàn)如今，初中大部分慣性課程的講解多偏向于“一言堂”，這種教學(xué)方式使學(xué)生無(wú)法發(fā)展高階思維和深度探究，從而對(duì)概念理解不深，導(dǎo)致了以上的易錯(cuò)問(wèn)題出現(xiàn)。概念分層深化和主動(dòng)建構(gòu)相應(yīng)的認(rèn)知沖突的教學(xué)方式不僅強(qiáng)化學(xué)生對(duì)慣性知識(shí)的靈活學(xué)習(xí)和應(yīng)用，還可以培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的高階思維。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 李樹(shù)祥.高階思維能力培養(yǎng)，問(wèn)什么[J]. 物理教學(xué)， 2022， 44（3）：13-16.

［2］ 核心素養(yǎng)研究課題組.中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[M]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2016.

［3］ 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2022.

［4］ 黃貴茹.關(guān)于初中物理“慣性”教學(xué)的幾點(diǎn)建議[J].考試與評(píng)價(jià)， 2016（4）：105.