培養(yǎng)物理思維能力提高物理學(xué)習(xí)水平

培養(yǎng)物理思維能力提高物理學(xué)習(xí)水平第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日學(xué)生物理學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀許多學(xué)生反映物理難學(xué)，普遍存在物理成績上不去的現(xiàn)象同其他學(xué)科相比成績偏低甚至偏低幅度較大，呈現(xiàn)學(xué)科間的顯著不平衡。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)表現(xiàn)都比較好。為什么會(huì)出現(xiàn)效果與動(dòng)機(jī)的明顯反差呢？促使我們不得不從思維能力、學(xué)習(xí)方法上尋找原因。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日思維能力：指人們?cè)诠ぷ鳌W(xué)習(xí)、生活中每逢遇到問題，總要“想一想”，這種“想”，就是思維。它是通過分析、綜合、概括、抽象、比較、具體化和系統(tǒng)化等一系列過程，對(duì)感性材料進(jìn)行加工并轉(zhuǎn)化為理性認(rèn)識(shí)及解決問題的。我們常說的概念、判斷和推理是思維的基本形式。無論是學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，還是人類的一切發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)，都離不開思維，思維能力是學(xué)習(xí)能力的核心。

思維能力和科學(xué)方法第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日思維能力和科學(xué)方法科學(xué)方法：是指人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造世界中遵循或運(yùn)用的、符合科學(xué)一般原則的各種途徑和手段，包括在理論研究、應(yīng)用研究、開發(fā)推廣等科學(xué)活動(dòng)過程中采用的思路、程序、規(guī)則、技巧和模式。簡單地說，科學(xué)方法就是人類在所有認(rèn)識(shí)和實(shí)踐活動(dòng)中所運(yùn)用的全部正確方法。物理思維能力：是指根據(jù)物理的概念、規(guī)律、儀器和實(shí)驗(yàn)規(guī)范，以及相關(guān)學(xué)科知識(shí)作工具，使用物理學(xué)的方法進(jìn)行思維的能力。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日買土豆的故事這就是思維，思維停留的層次，決定了人生達(dá)到的高度。

第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日以三種學(xué)生為例：第一種學(xué)生聽課不見得多么認(rèn)真，課后不見得多么努力，每次考試總是前幾名；第二種學(xué)生聽課努力，課下認(rèn)真，總不是前幾名；第三種學(xué)生課上不努力，課下不認(rèn)真，永遠(yuǎn)不是前幾名！學(xué)生物理學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日第一種思維是，問這是什么？那是什么？就是人本能的求知欲。這是人最簡單的思維方式。第二種思維是，問為什么？產(chǎn)生這種思想的人是在探究，并且想知道答案。這種思維具有了探究性。第三種思維是，如果老師告訴他這道題選A，他會(huì)問為什么為什么是A不是B？如果是B怎么樣？如果是C又會(huì)怎么樣？B和C錯(cuò)在哪里呢？如果孩子把思維觸角延伸到這個(gè)層次，我們說他的思維就有了批判性。這種思維就叫做批判性思維。學(xué)生物理學(xué)習(xí)的三種思維方式第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日物理學(xué)史的教學(xué)可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的懷疑和批判精神

物理學(xué)發(fā)展的歷史向我們顯示了這樣一條真理：有條件的有懷疑的思考，不迷信權(quán)威，這是科學(xué)能不斷向前發(fā)展的動(dòng)力。然而在現(xiàn)實(shí)的物理教學(xué)中，在紛至沓來的新概念、新術(shù)語、新公式、新定律面前，學(xué)生逐漸形成了這樣的觀念：這就是真理，學(xué)習(xí)它、記住它。久而久之，歷史性的、進(jìn)化著的科學(xué)理論被神圣化、教條化，學(xué)生不知道這個(gè)理論從何而來，為什么會(huì)是這樣。這種以灌輸為目的的教學(xué)不自覺地剝奪了學(xué)生的懷疑和批判精神，致使大多數(shù)學(xué)生對(duì)科學(xué)家和科學(xué)理論永遠(yuǎn)懷著一種崇敬心情，這種心情扼殺了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的積極性，從而抑制了學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力。培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日物理學(xué)史的教學(xué)可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的懷疑和批判精神

在物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，有許多史實(shí)向我們表明，物理學(xué)家的批判精神，是促使物理學(xué)向前發(fā)展的動(dòng)力，如伽利略對(duì)亞里士多德的懷疑和批判，推翻了錯(cuò)誤的落體定律和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)定律，得出了慣性定律，為牛頓力學(xué)的建立打下了理論基礎(chǔ)；愛因斯坦拋棄了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，得出了相對(duì)論；普朗克否定了傳統(tǒng)的能量是連續(xù)的觀點(diǎn)，得出了量子論……在物理教學(xué)中滲透這些物理學(xué)批判性發(fā)展的精彩事例，能促使學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，提高善于提出科學(xué)問題的靈性和聰慧，使他們的思想沉浸在好奇之中，永不閉塞懷疑的目光。

培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日物理學(xué)史的教學(xué)可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的懷疑和批判精神

在物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史教育，還能夠使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)物理學(xué)理論的發(fā)展、變化過程，體驗(yàn)到科學(xué)理論不是一成不變的，它是不斷發(fā)展的、進(jìn)化的。沒有任何一個(gè)物理學(xué)理論可以被看作是最終完滿的，因?yàn)樗膬?nèi)容的有限性總是和可能觀察到的無限豐富多樣性相對(duì)立的，人們?cè)谝欢l件下的物理學(xué)認(rèn)識(shí)只能是近似的、相對(duì)的。這種有意識(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行辨證唯物主義真理觀的教育，能清除學(xué)生對(duì)物理學(xué)知識(shí)絕對(duì)化、僵化的理解，也可以防止學(xué)生不加限制地機(jī)械搬用物理定律、公式去解決問題。培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日重視錯(cuò)例評(píng)講

進(jìn)行錯(cuò)例的分析，可以培養(yǎng)學(xué)生勇于質(zhì)疑的精神，掌握多種思維方法，從本質(zhì)上把握物理過程，能從各種復(fù)雜的因素中抓住主要矛盾，而不是機(jī)械地套用公式。使學(xué)生不易受到無關(guān)因素的干擾和迷惑，實(shí)現(xiàn)能力的提高。錯(cuò)例包括兩種：一種是題目本身存在問題；另一種是表面上正確、實(shí)際上錯(cuò)誤的解題方法或過程。題目本身存在的問題，可能是不存在真實(shí)解，也可能是未考慮到特殊情形，還可能是題目本身的描述含有不確定成份等。另一種錯(cuò)例主要來源于學(xué)生。教師要善于從學(xué)生的回答和解題中發(fā)現(xiàn)各種典型的、隱蔽的錯(cuò)誤，引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度質(zhì)疑、論證、剖析。在習(xí)題課教學(xué)中，還可以充分展開學(xué)生的發(fā)散思維，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)一個(gè)問題提出新的變式，并引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑這一變式的真實(shí)性和可能性。

培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日將原始物理問題引入教學(xué)

所謂原始物理問題，是指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理問題；而許多物理習(xí)題則是指從實(shí)際問題中經(jīng)人為加工出來的物理問題。

培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維趙凱華教授指出：“在我們的教學(xué)中，同一問題，既可以把原始的物理問題提交給學(xué)生，也可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數(shù)學(xué)模型后再提交給學(xué)生。習(xí)慣于解后一類問題的學(xué)生，在遇到前一類問題時(shí)，往往會(huì)不知所措?！?/p>

“我們反對(duì)‘題海戰(zhàn)術(shù)’，反對(duì)針對(duì)某類考試或題庫的應(yīng)試教育。但是做題畢竟是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中比較主動(dòng)的環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)物理，不做習(xí)題是不行的。但做習(xí)題不在于多，而在于精?！?/p>

我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰(zhàn)。因?yàn)轭}海戰(zhàn)盲目追求解題的數(shù)量，不重視解題的質(zhì)量，使學(xué)生根本來不及對(duì)習(xí)題以及與習(xí)題有關(guān)的問題進(jìn)行思考。第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日將原始物理問題引入教學(xué)正因?yàn)槭窃紗栴}，有許多次要因素的干擾，學(xué)生必須排除一些不重要的因素，使問題簡化，并且不同的人可能從不同的角度提出多種解釋，哪種分析或解釋是可能的，哪種存在問題?這些都會(huì)引起學(xué)生的懷疑和論證的欲望，在具體問題的分析和討論中，學(xué)生的批判性思維品質(zhì)和質(zhì)疑的精神會(huì)得到較好的培養(yǎng)和鍛煉。原始問題的來源可以是教師平時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)的，也可以是學(xué)生提出的。為培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，教師要鼓勵(lì)學(xué)生多觀察、多留心身邊的現(xiàn)象，把發(fā)現(xiàn)的疑惑及時(shí)記錄下來；教師定期把學(xué)生的問題收集起來，相對(duì)簡單的問題，可以穿插在平時(shí)教學(xué)中解決，涉及知識(shí)面廣、對(duì)思維活動(dòng)要求較高的問題，先公布給學(xué)生，讓學(xué)生有必要的思想和知識(shí)準(zhǔn)備，以便實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的課堂研討，更好地發(fā)揮討論的作用。培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日將原始物理問題引入教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日教育部《基礎(chǔ)教育課程》雜志對(duì)2011年新課程高考試題進(jìn)行“紅黑榜”式點(diǎn)評(píng)之后，又對(duì)2011年全國各地中考試題進(jìn)行了點(diǎn)評(píng)。為此，中國物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì)在學(xué)會(huì)網(wǎng)站上舉行了高考題、中考題的“最佳題”和“欠佳題”評(píng)選活動(dòng)。以上舉措對(duì)2012年高考和中考試卷命題有很好的導(dǎo)向作用，從而對(duì)今后高、初中教學(xué)產(chǎn)生積極影響。對(duì)“最佳題”的評(píng)選中，實(shí)踐意識(shí)是其中一個(gè)重要的方面。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日2011年第4題：悉尼科技大學(xué)的研究小組研發(fā)了一種獨(dú)特的復(fù)合材料——石墨紙，如圖所示.其成分以石墨為主，薄如紙張，比鋼要堅(jiān)硬10倍且輕巧，還可以回收再利用，未來應(yīng)用非常廣泛.下列說法錯(cuò)誤的是（）與同體積的鋼相比，石墨紙的質(zhì)量較小與鋼相比，石墨紙的硬度較大石墨紙是一種環(huán)保材料石墨紙是絕緣體，不易導(dǎo)電

2011年第4題：悉尼科技大學(xué)的研究小組研發(fā)了一種獨(dú)特的復(fù)合材料——石墨紙，如圖所示.其成分以石墨為主，薄如紙張，比鋼要堅(jiān)硬10倍且輕巧，還可以回收再利用，未來應(yīng)用非常廣泛.下列說法錯(cuò)誤的是（）A.與同體積的鋼相比，石墨紙的質(zhì)量較小B.與鋼相比，石墨紙的硬度較大C.石墨紙是一種環(huán)保材料D.石墨紙是絕緣體，不易導(dǎo)電

點(diǎn)評(píng)：石墨烯紙是近期科技研究的重大成果，這種以石墨為主的新型材料，其強(qiáng)度達(dá)到極高水平，抗拉、抗彎，且重量輕、可回收，把它用在飛機(jī)、汽車制造中不僅能大大提升產(chǎn)品性能，而且減少了碳排放，其獨(dú)特的熱學(xué)和電學(xué)性能使得它在電子和家電產(chǎn)品中也大有用武之地，這種材料的誕生將可能引起制造業(yè)的一場革命。相關(guān)兩位研究人員由此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。把這種科研成果的信息導(dǎo)入到中考題中，無疑對(duì)教學(xué)具有積極意義。通過什么途徑使中考物理試題承載這些信息？這是試題設(shè)計(jì)者所面臨的問題?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》在“物質(zhì)的屬性”二級(jí)主題中，要求學(xué)生“能描述物質(zhì)的一些屬性”、“了解物質(zhì)的屬性對(duì)科技進(jìn)步的影響?！庇纱?，試題設(shè)計(jì)者選擇了以“屬性”為切入點(diǎn)，把石墨烯紙的密度、硬度和導(dǎo)電性等作為選擇題的選項(xiàng)。由此建立科技成果和課程內(nèi)容之間的關(guān)系，

這是一種很有智慧的設(shè)計(jì)。第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日促進(jìn)科學(xué)方法教育研究問題要有科學(xué)的思維方法，解決問題要有正確的工作方法。從一定意義上說，方法就是能力，掌握什么方法，就具備什么能力。物理課程標(biāo)準(zhǔn)就把“過程與方法”作為課程的目標(biāo)之一，使其和“知識(shí)與技能”、“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”并列，這進(jìn)一步體現(xiàn)了人們的物理教育理念有了新的發(fā)展。第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日近似估算法

物理估算一般是指依據(jù)一定的物理概念和規(guī)律，運(yùn)用物理方法和近似計(jì)算方法，對(duì)所求量的數(shù)量級(jí)或近似值進(jìn)行大致的推算。靈活地運(yùn)用物理知識(shí)對(duì)具體問題進(jìn)行估算是綜合素質(zhì)的重要體現(xiàn)。促進(jìn)科學(xué)方法教育第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日設(shè)計(jì)有趣的（意料之外）的研究問題人類通向深海的道路十分崎嶇和艱難，其原因之一，是深海的海水壓力大得令人難以置信，人要潛入深海，是一個(gè)高科技難題。2011年，我國自主研制的蛟龍?zhí)栞d人潛水器潛入了5km級(jí)的深海中，敲開了這一神秘“龍宮”的大門。深海5km意味著什么？有人說，設(shè)想你在5km深的蛟龍?zhí)枬撍髦邪岩恢荒_伸到外面的水里，海水對(duì)你腳背的壓力相當(dāng)于1000個(gè)人疊起來踩在你的腳上！海水壓力果真有這么大嗎？第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日

轉(zhuǎn)換法有些物理現(xiàn)象我們不易覺察,這時(shí)運(yùn)用轉(zhuǎn)換法,便會(huì)顯得很明了、易懂。如我們用電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、磁效應(yīng)來顯示電流的存在;我們用放入其中的小磁體(針)受到力來驗(yàn)證磁場的存在;用磁體能吸引大頭針的多少來比較磁體磁性的強(qiáng)弱等都是利用轉(zhuǎn)換法的思維方法。促進(jìn)科學(xué)方法教育第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日促進(jìn)科學(xué)方法教育（2007年31題）小剛同學(xué)由“金屬導(dǎo)體的電阻一般隨導(dǎo)體溫度的升高而增大”聯(lián)想到：鉛筆芯也是導(dǎo)體，鉛筆芯的電阻與它的溫度之間是否也存在這種關(guān)系呢？于是，小剛和幾位同學(xué)一起進(jìn)行了“探究鉛筆芯的溫度變化對(duì)其電阻有何影響”的實(shí)驗(yàn).（1）實(shí)驗(yàn)思路：保持鉛筆芯兩端的電壓不變，給鉛筆芯加熱，測出不同__________時(shí)通過鉛筆芯的電流，根據(jù)電流的變化情況，得出鉛筆芯電阻大小與其溫度變化的關(guān)系.其依據(jù)是：電壓一定時(shí)，電阻越小，電流_____.（2）小剛設(shè)計(jì)了如圖所示的電路.（3）主要實(shí)驗(yàn)過程：①先將H型鉛筆芯接入電路，閉合開關(guān)，測量并記錄通過它的電流；②用酒精燈給鉛筆芯加熱，使鉛筆芯的溫度逐漸___________，每隔10s測量并記錄通過它的電流；③再分別將HB型、2B型鉛筆芯接入電路，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)過程.（4）下表是小剛他們記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：分析表中數(shù)據(jù)可以初步得出：鉛筆芯的電阻隨溫度的升高而________.（5）你認(rèn)為小剛他們的實(shí)驗(yàn)存在什么不足，寫出其中一條：__________________.加熱時(shí)間/s0102030通過鉛筆芯的電流/AH0.1500.1600.1750.185HB0.2650.2700.2850.2952B0.3200.3400.3600.370在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路中，著重考查學(xué)生思維轉(zhuǎn)換的過程，即給鉛筆芯加熱，實(shí)為使鉛筆芯的溫度變化;根據(jù)電流的變化情況，反映出鉛筆芯電阻大小的變化。第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日極限法

所謂“極限思維”,就是根據(jù)變化發(fā)展的事物,在特定的條件下,具有一定的發(fā)展速度而產(chǎn)生的一種思維模式。即借助對(duì)事物發(fā)展的極限這一特定情形加以考察分析,從而實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)事物發(fā)展的一般規(guī)律。

初中物理中的光速、絕對(duì)零度、絕對(duì)真空、超導(dǎo)等都是極限問題。聲音不能在真空中傳播便是用極限思維方法推理而得。在解決實(shí)際問題的方法中,如巧妙運(yùn)用連續(xù)變化至極限的極限值,可能會(huì)將復(fù)雜的問題簡單化。促進(jìn)科學(xué)方法教育第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日物理學(xué)中的科學(xué)研究方法教材的各個(gè)章節(jié)都有意識(shí)、有步驟地滲透了物理學(xué)的科學(xué)研究方法，使大家在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)受到科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練．掌握基本的科學(xué)方法，形成比較有效的物理思想，是能力形成的標(biāo)志．近幾年中考常考到的幾種科學(xué)研究方法列表如下：方法教材中方法的運(yùn)用說明等效法(1)在力的合成中，若干個(gè)共同作用的分力可以等同于作用效果相同的一個(gè)合力；相反，一個(gè)力也可以分解為作用效果相同的若干個(gè)分力(2)在電路中，若干個(gè)電阻，可以等效為一個(gè)合適的電阻，反之，如串聯(lián)電路的總電阻、并聯(lián)電路的總電阻都利用了等效的思想(3)在“曹沖稱象”中用石塊等效替換大象，效果相同(4)在研究平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中，用兩根完全相同的蠟燭，其中一根等效另一根的像在物理學(xué)中，將一個(gè)或多個(gè)物理量、一種物理裝置、一個(gè)物理狀態(tài)或過程用另一個(gè)物理量、一種物理裝置、一個(gè)物理狀態(tài)或過程來替代，得到同樣的結(jié)論，這樣的方法稱為等效(替代)法，運(yùn)用這樣的方法可以使所要研究的問題簡單化、直觀化．理想模型法

(1)勻速直線運(yùn)動(dòng)，就是一種理想模型．在生活實(shí)際中嚴(yán)格的勻速直線運(yùn)動(dòng)是無法找到的，但有很多的運(yùn)動(dòng)情形都近似于勻速直線運(yùn)動(dòng)，按勻速直線運(yùn)動(dòng)來處理，大大簡化了難度，得出的結(jié)果又具有極高的精度，在允許的誤差范圍內(nèi)與實(shí)際相吻合(2)杠桿也是一種理想模型，杠桿在實(shí)際使用時(shí)，由于受力的作用，都會(huì)引起或大或小的形變，可忽略不計(jì)，因此，我們就把杠桿理想化，認(rèn)為它無形變(3)汛期，江河中的水有時(shí)會(huì)透過大壩下的底層從壩外的地面冒出來，形成“管涌”，“管涌”的物理模型是連通器(4)光線、磁感線都是虛擬假定出來的，但它們卻直觀、形象地表述物理情境與事實(shí)，方便地解決問題．通過磁感線研究磁場的分布，通過光線研究光線傳播的路徑和方向把復(fù)雜問題簡單化，摒棄次要條件，抓住主要因素，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行理想化處理，構(gòu)建理想化的物理模型，這是一種重要的物理思想．在建立起理想化模型的基礎(chǔ)上，有時(shí)為了更加形象地描述所要研究的物理現(xiàn)象、物理問題，還需要引入一些虛擬的內(nèi)容，借此來形象、直觀地表述物理情景．控制變量法(1)研究滑動(dòng)摩擦力與壓力和接觸面之間的關(guān)系(2)研究壓力的作用效果(壓強(qiáng))與壓力和受壓面積的關(guān)系(3)研究液體的壓強(qiáng)與液體的密度和深度的關(guān)系(4)研究物體的動(dòng)能與質(zhì)量和速度的關(guān)系(5)研究物體的勢能與質(zhì)量和高度的關(guān)系(6)研究弦樂器的音調(diào)與弦的松緊、長短和粗細(xì)的關(guān)系(7)研究電流與電阻、電壓之間的關(guān)系即歐姆定律(8)研究導(dǎo)體電阻大小跟導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積的關(guān)系(9)研究電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系(10)研究電磁鐵的磁性與線圈的匝數(shù)和電流的大小的關(guān)系(11)研究蒸發(fā)快慢與液體溫度、液體的表面積和液體上方空氣流動(dòng)快慢的有關(guān)在研究物理問題時(shí)，某一物理量往