物理核心素養(yǎng)之科學(xué)思維的教學(xué)心得

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物理核心素養(yǎng)之科學(xué)思維的教學(xué)心得1

從一般到個別的演繹思維

從一般到個別的演繹歸納思維主要包括對某些物理基本原理在相關(guān)對象方面的推導(dǎo)作用以及應(yīng)用一般的觀念對詳細(xì)物體進(jìn)行詳細(xì)分析最終達(dá)到知識體系的整體建構(gòu)的技能。從一般到個別的演繹思維把關(guān)于事物最本質(zhì)和最普遍的規(guī)定作為規(guī)律的出發(fā)點，其能夠根據(jù)事物本身的轉(zhuǎn)化關(guān)系將事物的聯(lián)系完整的復(fù)刻出來，從這樣的演繹思維出發(fā)將某一領(lǐng)域的某一個學(xué)科知識總結(jié)匯總成一個較為嚴(yán)密的體系。

二、巧設(shè)試驗

物理學(xué)科的科學(xué)思維的培育不僅是需要同學(xué)掌控肯定的物理知識并懂得一些物理學(xué)討論的基本方法，更重要的是培育同學(xué)觀測與科學(xué)思索的技能。因此為培育同學(xué)科學(xué)思維的養(yǎng)成老師可以通過合理設(shè)置試驗的方法來援助同學(xué)更加認(rèn)真的觀測試驗，在理解試驗的過程當(dāng)中逐步養(yǎng)成科學(xué)思維。

對于物理學(xué)習(xí)過程當(dāng)中某些同學(xué)較難接受的結(jié)論來說老師就可以通過試驗的設(shè)置來援助同學(xué)理解知識的基礎(chǔ)上培育同學(xué)的科學(xué)思維。例如在力的合成這部分物理知識教學(xué)時，當(dāng)兩個力的合力肯定時，隨著兩個力的夾角的不斷增大，這兩個力也會不斷增大，并且這兩個力之間的夾角不可能等于180度。對于這一知識點同學(xué)許多難以理解，此時老師就可以通過一個小試驗來援助同學(xué)理解。老師可以先從班級中選擇一個力氣較大的同學(xué)進(jìn)行幫助，然后拿出事先預(yù)備好的重物和繩子，把重物掛在繩子中間讓同學(xué)嘗試能否將這根繩子拉直。同學(xué)在嘗試過后就會發(fā)覺無論多大的力氣都無法將這個繩子拉直，在此基礎(chǔ)上再讓同學(xué)去思索這個定理就能夠更加簡單理解。并且在自主試驗探究過程當(dāng)中也能夠充分熬煉同學(xué)的科學(xué)思維和獨立解決問題的技能。

再比如在圓周運動這部分知識教學(xué)過程中，老師也可以用一個繩子去拴住一個小球讓這個小球在豎直面做圓周運動，在小球到達(dá)最高點時小球?qū)⑦_(dá)到其最小速度。為了讓同學(xué)充分理解這一理論老師也可以在實際課堂當(dāng)中為同學(xué)簡約地演示一下這個試驗，讓同學(xué)通過認(rèn)真觀測試驗過程和試驗結(jié)果去深入理解這個理論。

三、形象對比

運用形象對比不僅能夠以生動形象的方式高效地達(dá)到教學(xué)目的，也能夠讓同學(xué)在類比思索當(dāng)中逐步養(yǎng)成科學(xué)思維。而我們所說的形象對比也不是讓同學(xué)跟隨課本當(dāng)中的定義去任意的發(fā)揮想象力去理解，而是老師通過生動形象的事例的舉例來讓同學(xué)進(jìn)行類比和仿照，這樣不僅能夠達(dá)到既定的教學(xué)目標(biāo)還能夠?qū)崿F(xiàn)對同學(xué)科學(xué)思維培育的目標(biāo)。

例如電動勢這部分概念進(jìn)行講解時，電源的電動勢在數(shù)值上等于不接用電器時電源正負(fù)兩極間的電壓。這個定義相對來說較為抽象，同學(xué)理解起來較為困難。并且假如依據(jù)課本當(dāng)中所給出的稀硫酸的試驗進(jìn)行試驗講解不僅具有肯定的危急性，且其試驗效果難以得到保障。此時老師就可以運用類比的方式進(jìn)行課程講解，電動勢是電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能的本事，這種本事就相當(dāng)于木匠能夠運用嫻熟的技巧將指定的木材制作成相應(yīng)的家具和裁縫能夠?qū)⒅付ǖ牟剂细鶕?jù)其想法做成不同的衣服一樣。電源接入電路時，將電動勢表現(xiàn)出來，而未接入電路時這種本事就表現(xiàn)不出來，所以未接入電路時電動勢大小將保持不變。通過類比的方式讓同學(xué)更加快速的理解電動勢的相關(guān)概念，并且類比還能夠較為高效的熬煉同學(xué)科學(xué)思維。

再比如“電場”這部分物理知識進(jìn)行講解時，老師就可以用樹葉對風(fēng)向及風(fēng)力大小的檢驗來類比電場的強(qiáng)弱與檢驗電荷電量的大小這部分知識。讓同學(xué)明確就像風(fēng)的大小與樹葉的大小無關(guān)一樣某一點電場的強(qiáng)弱與檢驗電荷電量的大小也無關(guān)。讓同學(xué)盡快明確電荷是用來檢驗電場的而電場的強(qiáng)弱是由電場本身的能量所決斷的與電荷的電量無關(guān)。生動而形象的類比不僅能夠通俗易懂、符合實際的讓同學(xué)理解所學(xué)知識點，還能夠援助同學(xué)在類比中領(lǐng)悟科學(xué)思維的真諦。

總而言之，在高中物理教學(xué)中，老師們需要結(jié)合同學(xué)的認(rèn)知水平，抓住問題的實質(zhì)，引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)行科學(xué)推理，運用常用的物理方法解決辣手的問題，這樣才能在常規(guī)的教學(xué)中更好地進(jìn)展同學(xué)的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

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一、實例分析

〔一〕變力做功問題

此類問題不能徑直用公式進(jìn)行計算，需要想方法“化變力為恒力”，而轉(zhuǎn)換討論對象是一種特別有用的方法。

【例1】如圖1所示，固定的光滑豎直桿上套著一個滑塊，滑塊用輕繩系著繞過光滑的定滑輪。現(xiàn)以恒定的拉力拉繩，使滑塊從點由靜止開始上升，一貫運動至點。已知滑塊質(zhì)量為，拉力大小為，滑輪到豎直桿的距離為，，那么滑塊由到過程輕繩對滑塊做了多少功？

圖1

解析：

①從問題出發(fā)，由于輕繩對滑塊的拉力是變力，不能徑直用公式進(jìn)行計算；

②由于輕繩質(zhì)量不計，那么無機(jī)械能，更沒有機(jī)械能的改變，只是起到“傳遞能量”的作用，即力F對輕繩做的功等于輕繩對滑塊做的功，所以可以討論力F對輕繩做的功；〔這是為什么能夠轉(zhuǎn)化討論對象的緣由〕

③以輕繩的端點為討論對象，在滑塊從A點運動至C點的過程中，輕繩端點的位移為，且力F與位移

的夾角為零，由公式，可得

由以上分析可知，通過轉(zhuǎn)換討論對象，可以把變力做功問題轉(zhuǎn)化為恒力做功問題，進(jìn)而運用最基本的公式進(jìn)行解題，達(dá)到“化一般為非常”的目的。

〔二〕物體的位移不易求解的恒力做功問題

此類問題能徑直用公式進(jìn)行計算，但在計算物體的位移時簡單涌現(xiàn)錯誤或不易求解，此時我們也可以通過轉(zhuǎn)換討論對象“化難為易”。

【例2】如圖2所示，一木塊前端有一滑輪，輕繩的一端系在右方固定處，水平穿過輕質(zhì)滑輪，另一端用恒力拉住，保持兩股繩之間的夾角不變。當(dāng)用力拉繩使木塊前進(jìn)位移時，不計繩與滑輪間的摩擦力，那么力做了多少功？

解析：

方法一：以繩的端點為討論對象

①從問題出發(fā)，由于力F是恒力，可以徑直用公式進(jìn)行計算；

②由于輕繩不能視為質(zhì)點，那么要以輕繩的端點為討論對象，如圖3所示，在木塊前進(jìn)位移的過程中，輕繩端點的位移為，

力與位移的夾角為；〔簡單出錯〕

③由公式，可得

方法二：以滑輪〔可以包括木塊〕為討論對象

①由于輕繩質(zhì)量不計，那么無機(jī)械能，更沒有機(jī)械能的改變，只是起到“傳遞能量”的作用，即力對輕繩做的功等于輕繩對滑輪做的功，所以可以討論輕繩對滑輪做的功；〔這是為什么能夠轉(zhuǎn)化討論對象的緣由〕

②輕繩對滑輪的力如圖4所示，

兩股繩對滑輪都有力，合力為

;

③滑輪的位移為，與

的夾角為

，由

得

由以上兩種方法分析可知，答案是全都的，可以想互驗證。第一種方法在求解位移時簡單犯“位移與同向”的錯誤或者不易求解，而第二種方法通過轉(zhuǎn)換討論對象，滑輪的位移就是，達(dá)到“化難為易”的目的。

【例3】如圖5所示，質(zhì)量為的滑塊放在質(zhì)量為的長木板上，放在水平地面上，與之間、與地面之間的動摩擦因數(shù)均為，的長度為，的大小不計。、之間由一繞過光滑輕質(zhì)動滑輪的松軟輕繩相連，開始時位于的最左端，滑輪位于的右端。給滑輪施加一水平恒力，

相對開始滑動，滑輪兩側(cè)與、相連的繩子保持水平，當(dāng)從的最左端滑到最右端過程中，的位移為，那么水平恒力做了多少功？

解析：

方法一：以滑輪為討論對象

①問題出發(fā)，由于力是恒力，可以徑直用公式進(jìn)行計算；

②滑輪的對地位移為；〔簡單出錯〕

③由公式，可得

方法二：以與為討論對象

①由于輕繩和輕滑輪的質(zhì)量不計，那么無機(jī)械能，更沒有機(jī)械能的.改變，只是起到“傳遞能量”的作用，即力對輕滑輪做的功等于輕滑輪對輕繩做的功，輕滑輪對輕繩做的功等于輕繩對與做的總功，所以可以討論輕繩對與做的總功；〔這是為什么能夠轉(zhuǎn)化討論對象的緣由〕

②輕繩對與

的拉力均為，的對地位移為，的對地位移為；

③由公式，可得輕繩對做的功，輕繩對做的功，所以輕繩對與做的總功

上面的分析過程再次說明，在求解位移時簡單涌現(xiàn)錯誤或不易求解，可以通過轉(zhuǎn)換討論對象，達(dá)到“化難為易”的目的。

二、素養(yǎng)提煉

廣義上的科學(xué)思維是指同學(xué)在日常學(xué)習(xí)過程中形成的對材料的感性認(rèn)識及能夠科學(xué)的認(rèn)識材料并對其進(jìn)行加工處理的理論體系。而物理學(xué)科的科學(xué)思維那么是指通過對同學(xué)思維的訓(xùn)練引導(dǎo)同學(xué)養(yǎng)成尊敬客觀證據(jù)和事實、重視思維的嚴(yán)謹(jǐn)性和求知的立場的習(xí)慣，培育同學(xué)清楚的規(guī)律和務(wù)實的理性思索，使同學(xué)能夠在日常生活當(dāng)中運用科學(xué)的思維去認(rèn)識問題、思索問題并解決問題。通過以上的實例分析可知，當(dāng)遇到輕繩、輕桿、輕滑輪等連接物涉及的功的計算問題時，由于輕質(zhì)物體，無機(jī)械能，更沒有機(jī)械能的改變，只是起到“傳遞能量”的作用，所以我們可以通過轉(zhuǎn)換討論對象，來達(dá)到“化難為易”的目的。

而在高中階段的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中同學(xué)也應(yīng)當(dāng)具備肯定的物理模型和技能，能夠正確地運用物理的科學(xué)思維從定量和定性兩個方面對物理問題進(jìn)行科學(xué)的演繹推理、規(guī)律探究并最終形成合理的物理結(jié)論來說明物理學(xué)習(xí)過程當(dāng)中遇到的一些實際問題。同時科學(xué)思維的培育也能夠援助同學(xué)逐步養(yǎng)成運用事實證據(jù)意識去評估物理問題的技能，能夠通過討論合理的對問題進(jìn)行描述、說明和猜測，大膽質(zhì)疑證據(jù)，從不同的角度思索物理問題，不斷訓(xùn)練其批判性的物理思維。

而對同學(xué)科學(xué)思維的培育需要留意以下幾點：

一、遵循規(guī)律性原那么

規(guī)律性原那么就是指老師在日常物理教學(xué)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)遵循規(guī)律法那么，達(dá)到演繹和歸納的統(tǒng)一。使同學(xué)能夠科學(xué)的認(rèn)識活動的規(guī)律規(guī)章不僅包括讓同學(xué)掌控以歸納推理為主要內(nèi)容的歸納規(guī)律，也包括讓同學(xué)掌控與演繹推理為主要內(nèi)容的演繹規(guī)律。援助同學(xué)養(yǎng)成從個別到一般在從一般到個別的反復(fù)認(rèn)識的科學(xué)過程。

〔一〕從個別到一般的歸納思維

從個別到一般的歸納思維主要包括完全歸納法、簡約枚舉法和因果聯(lián)系的歸納法。個別歸納法是指培育同學(xué)