[初中物理教学中学生科学思维的培养] 学生思维培养

初中物理教学中学生科学思维的培养

关键词：物理思维障碍；
科学思维；
牛顿第一定律 中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148（2018） 1-0032-4 物理规律是一类物理现象及物理过程本质的、内在的联系在人们头脑 中的反映。物理规律是物理学理论体系中最核心的內容，物理规律的教学是物理 教学的核心内容，也是培养学生科学思维的重要途径。

然而，学生在学习物理规律时存在着思维障碍。因此，笔者在物理规 律的教学中，针对学生的思维障碍，以知识为载体，发展学生的科学思维，以达 成学生主动探寻规律的目的。物理规律的发现过程是一个渐进的过程，因此，教 师要引导学生通过符合其认知规律的学习活动沿着科学家发现规律的思维过程， 发现并总结规律。如果将物理规律的发现过程比作“藤”，科学思维就是“藤”上结 出的“瓜”。物理规律教学中，教师要基于学生物理思维障碍的突破，引导学生沿 着探寻物理规律的过程，发展科学思维，力争将科学思维的培养融入物理规律的 探寻过程中，实现“顺藤摸瓜”的教学效果，以提高学生的学习能力。

物理思维障碍指的是学生由于物理思维中心点不明确、思维对象不确 定、思维方向不正确、思维逻辑不连贯、思维受到无关因素的干扰等原因，导致 在认识客观物理事物的本质属性、内部规律以及物理事物间的联系和相互关系时， 思维出现偏差或中断，从而造成了物理学习困难。[1] 因此，教师在教学中要基于学生物理思维障碍的突破，创设情境让学 生经历发现、探究的过程，运用科学的思维方法思考并自主探寻规律，并将科学 思维内化为自己的思维和行为方式，以培养用科学思维探求新知识、研究新问题 的习惯和能力。

牛顿第一定律是在机械运动、运动快慢、力的基础上，对运动和力关系的深入思考，是初中建立运动和力关系的基础，是后面学习二力平衡、物体浮 沉条件及应用的理论基础，也是高中学习牛顿第一定律、牛顿第二定律的基础。

本节内容由“阻力对物体运动的影响”“牛顿第一定律”两部分组成。牛顿第一定律 是经典力学的核心内容之一，是力学的基础，是将运动和力联系起来的纽带。能 否正确领会这一物理规律，不仅会影响学生对本章的学习，还会影响运动和相互 作用物理观念的建立和形成。“阻力对物体运动的影响”是培养科学探究以及质疑 与创新、解释与论证等科学思维的知识载体，“牛顿第一定律”是培养科学推理、 科学建模的科学思维的知识载体。通过实验、观察、思维建构知识的过程，则是 培养尊重事实、敢于质疑、勇于创新、探索自然、理论联系实际、辩证唯物主义 的科学态度与责任的良好载体。

1学习“牛顿第一定律”的物理思维障碍 为了了解学生学习本节内容时的知识经验和认知水平，笔者设计前测 题，对117名学生进行前测。解答前测题时需要学生自己构建模型。通过对前测 结果的统计和分析，可以看出：
知识、经验与技能方面：73%的学生认为物体运动需要力来维持，原 因是学生缺乏对现象的观察，混淆了运动和运动状态的变化，对力能改变物体的 运动状态的认识停留在识记层面；
35%的学生知道如何控制从斜面上自由滑下的 小车在水平面运动的初速度大小。

思维、方法和能力方面：73%的学生缺乏分阶段研究物理过程的方 法；
61%的学生缺乏运用证据反驳或说明观点的科学论证能力；
84%的学生缺乏 将复杂问题简单化，从实际情境中提炼物理概念、物理过程的科学建模能力和意 识。

以上问题，究其原因是学生缺乏分阶段研究物理过程的方法，存在逻 辑思维障碍。在思考问题时，缺乏目的性、条理性，对于复杂问题，往往不依据 现象、数据分析，而是凭感觉去判断，不依据理论按照一定逻辑关系去推理，而 是主观臆断。

2突破思维障碍，“顺藤摸瓜”培养科学思维的教学策略 “牛顿第一定律”一节内容隶属于“运动与相互作用”部分，反映了运动 和力的关系。教学中必须以促进学生科学思维的发展为目标，考虑学生探寻规律的“思维关键点”，帮助学生突破思维障碍，循序渐进地探寻规律。

笔者针对学生的思维障碍，创设情境，激发学生的认知冲突，通过一 连串的问题启发学生思维，围绕学生学习的“思维关键点”，引导学生经历体验、 探究、论证、推理、建模过程，纠正错误认知，从有限次实验结果过渡到理想实 验规律。教学策略如图1所示：
这一过程，笔者围绕反映教学内容逻辑的知识序这棵“藤”，引领学生 摸到了科学思维的“瓜”，“顺藤摸瓜”的学习过程，有效地达成了引领学生在探寻 规律的过程中发展科学思维的目的。

3基于科学思维培养的“顺藤摸瓜”的学习活动设计 探寻规律的过程要遵循学生的思维发展规律，以“思维关键点”为依托， 创设物理问题情境，突破学生现阶段的认知水平，促进其在实验基础上通过科学 推理总结、理解规律。所以，围绕“运动和力的关系—探究阻力对物体运动的影 响—牛顿第一定律”的知识序，笔者合理安排课堂教学的时空顺序——教学序， 实现引导学生自主探寻规律、发展科学思维和科学探究能力的目标。

3.1【环节1】运动和力的关系 活动一（实验）：在水平桌面上，用手推小车，运动一段路程后松手， 小车又运动一段路程，最后停下来。

提问：看到什么现象？想到什么？ 引导学生关注并区分物体运动和物体运动状态的变化，引导学生将小 车的运动过程分阶段描述，分析其在水平方向的受力情况。

活动二（播放视频）：用力踢足球，踢出去的足球在草地上继续滚动， 最后停下来。

提问：看到什么现象？想到什么？ 活动三（演示实验）：小车在气垫导轨上的运动。引导学生分析，认 识到物体的运动不需要力来维持，力的作用是改变物体的运动状态。介绍亚里士 多德的观点和伽利略的观点。【设计说明】 通过观察实验、事例分析等活动，结合分阶段研究物理过程的方法， 引发学生的认知冲突，激活学生思维，有效突破了学生混淆运动与运动状态变化 的思维障碍点，纠正了“物体受力才运动”和“物体运动需要力来维持”的错误前认 知，使学生初步认识了运动和力的关系。学习活动中，学生经历从实际情境中提 炼物理概念、物理过程的科学建模过程，实现了依托“运动和力的关系”，通过运 用证据反驳或说明观点的方式发展科学论证、科学建模、解释的科学思维，感受 物理与生活的密切联系，形成了尊重事实和敢于质疑的科学态度。

3.2【环节2】探究阻力对物体运动的影响 （1）引出探究问题 引导学生将问题转换成可探究的科学问题——探究阻力的大小对物 体运动速度变化快慢的影响。

（2）引出探究实验装置 提出问题：怎样用斜面、水平长木板设计在运动方向上不受动力的小 车？ 展示实验装置（如图2所示），每组三个装置的斜面部分完全相同， 水平面由粗糙程度不同的木板构成，小车在水平面运动受到的阻力分别为3N、 2N、1N。

（3）设计探究实验 引导学生从变量识别、操作变量的角度思考，设计探究实验。学生认 识到：
①自变量是小车在水平面受的阻力大小，需要改变、知道大小；

②控制变量是小车在水平面运动的初速度大小，控制其不变的方法引 导过程如下：
展示图1所示的装置，问运动的小车在哪个水平面停下来快？学生预 测后演示，遮住斜面部分，让相同的小车从斜面不同高度自由滑下（用摄像头拍摄），使小车在摩擦力大的水平面停下。学生推测原因，播放实验拍摄的视频。

演示：将两个图2所示的装置并排放在水平桌面上，两端对齐，让完 全相同的小车分别从两个轨道最高点由静止开始同时自由滑下，观察两小车是否 一直并排滑动，直到轨道零刻度线处。对调两小车，重复上述实验。

③因变量是小车在水平面运动速度变化的快慢，对其测量转换成小车 在水平面运动的时间。

④实验数据记录表格如表1所示。

（4）学生分组实验探究，收集证据 （5）分析论证，交流合作 【设计说明】 引导学生“探究阻力对物体运动的影响”时，通过“引出探究问题—转 化科学探究问题—引出探究实验装置—引导设计实验—进行实验收集证据—分 析论证”等一系列循序渐进的学习活动，保证了科学探究活动的高效、有序开展。

科学探究过程，促进了学生科学论证、质疑与创新、解释的科学思维的发展，培 养了科学探究能力，促进了学生不断探索、合作交流的科学态度与责任的形成。

3.3【环节3】牛顿第一定律 （1）从有限次实验结果过渡到理想实验规律 如果做第4次实验，让小车在水平面受的阻力更怎样？小车运动时间 比第3次怎样？小车速度变化快慢比第3次怎样？ 如果做第10次、100次、1000次、10000次实验，甚至更多，如果每次 让小车在水平面受的阻力比上次更小，小车运动时间会比上次怎样？小车速度变 化快慢比上次怎样？ 假如小车在完全光滑的水平面上运动，一点阻力都不受，小车在水平 面运动时间会怎样？小车速度变化快慢会怎样？小车运动方向会不会改变？小 车将会如何运动？（2）牛顿第一定律 介绍物理学史 ①伽利略的观点 介绍伽利略理想实验，引导学生科学推理。明示以实验为基础，结合 科学推理得出结论是重要的科学研究方法。

②笛卡尔的观点 如果运动物体不受任何力的作用，不仅速度大小不变，且运动方向也 不变，将沿原来的方向运动下去。

③牛顿的补充 静止的物体在没有受到力的作用时，将保持静止状态。

（牛顿第一定律的内容） 解读牛顿第一定律：
教师引导学生从如下层面思考，并解答相关问题：
①对牛顿第一定律内容的分析：研究对象、條件、观点。②能否用实 验验证？③总结运动和力的关系：物体不受力时，运动状态会不会改变？怎样才 能改变物体的运动状态？运动物体一定受力吗？维持运动需不需要力？ 【设计说明】 在实验条件不允许的条件下，师生共同演绎从假如做第4次实验，到 假如做第10000次实验，启发学生思维，让学生顺利从有限次实验结果，通过科 学推理过渡到理想实验，促进了科学推理、科学论证、质疑与创新、科学建模、 解释的科学思维的发展。

总之，物理规律的教学中，教师要了解学生的已有认知水平和能力水 平，基于学生物理思维障碍的突破，结合认知目标和科学思维两个维度安排学习 活动，通过提出问题—猜想假设—实验探究—科学推理等论证的过程，达成从物 理视角循序渐进地认识客观规律，并在解决问题的过程中提高认识的目的。这个过程中，教师要围绕反映教学内容逻辑的知识序这棵“藤”，引领学生摸到科学思 维的“瓜”，通过“顺藤摸瓜”的学习过程，有效发展其科学建模、科学推理、解释 与论证、质疑与创新的科学思维。

作者：张羽燕