基于提升科学思维水平的物理概念教学

来源:期刊VIP网所属分类:教育技术发布时间:2021-07-24浏览:

  摘 要:对物理概念的学习是物理观念形成的重要组成部分,科学思维是培养学生物理学科核心素养的关键要素,任何物理概念的形成都离不开物理思维。以高中物理“向心力”的教学为例,提出通过创设真实的物理情境、经历物理概念的建立过程、亲历科学探究的过程、设置开放性的实践作业等,促进学生科学思维水平的发展,进而有效提升学生的物理学科核心素养。

  关键词:高中物理;概念教学;科学思维;向心力

高中物理教育论文

  《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称《课标》)指出:“发展学生的科学思维能力是重要的教学目标之一,教师引导学生经历物理概念的建构过程和物理规律的形成过程,是发展科学思维的重要途径。”《课标》将科学思维水平划分为五个等级,如表1所示。

  物理概念是客观事物的共同属性和本质特征在头脑中的反映,是物理事物的抽象,也是观察、实验和物理思维的产物。对物理概念的学习是物理观念形成的重要组成部分,也是中学物理知识中最基础、最重要的内容。物理概念的学习在整个物理学习中处于核心地位,任何物理概念的形成都离不开物理思维。因此教师在进行物理概念的教学时,必须引导学生通过运用分析、比较、抽象、概括、科学推理等多种物理思维方法,抓住事物的共同属性和本质特征,由此可使学生形成正确的物理概念。

  向心力是圆周运动学习中需要掌握的核心概念。在建立这一概念的过程中,笔者引导学生经历了“体验—质疑—论证—概括—分析—探究—总结”等一系列认知过程,从感性认识到理性认识,从定性到定量,从匀速圆周运动到变速圆周运动,使学生逐步深入理解了该概念,进而提升了学生的科学思维水平。

  一、创设生动恰当的物理教学情境,培养学生的形象思维能力

  物理形象思维是运用物理直观、具体、生动的形象材料,通过事物的形象特征认识事物的内容、本质,并做出某种判断的科学思维,也是通过表象、直感、想象等形式进行的思维。在物理概念教学中,创设能体现物理概念本质特征的情境,可以拉近学生和物理知识之间的距离,为学生提供充分的感性认识,进而可提升学生的形象思维能力。

  在本节课课前,教师让学生设计并制作了能让乒乓球做圆周运动的简易教具。该简易教具是介于实物和理想物理模型之间的形象思维材料,也是学生将生活中的实际问题转化成物理问题并建立物理模型的“桥梁”。学生通过设计实验方案和动手制作教具,将生活图景转化成具体、生动、形象的物理问题情境,如此可有效提升学生的形象思维能力。

  教学片段1观察圆周运动——引入新课

  学生活动1:小组展示乒乓球的圆周运动

  师:为什么这些不同模型中的小球都能沿圆周运动,而不是沿直线飞出去呢?

  生1:有细绳拉着。

  生2:有杆拉着。

  生3:有轨道(挡着)。

  ……

  师:如果没有这些绳、杆或轨道,小球能做圆周运动吗?请同学们试试看,在球运动的过程中,松开细线或取走轨道,观察小球的运动情况。

  师:哪位同学能描述一下你所观察到的现象?

  生4:松开细线后,小球不再做圆周运动。

  生5:取走纸筒后,小球不再做圆周运动。

  师:结合刚才的观察和实验,我们能得到什么结论呢?

  生:物体做圆周运动时,一定有一个指向圆心方向的力拉着。

  师:那么这个力的方向和大小有什么特点呢?下面我们继续讨论……

  设计意图:感性认识不足,通常会成为学生学习物理概念的主要障碍。为了使学生更好地建立和掌握物理概念,教师需要创造一个恰当的物理情境,以此引导、启发学生发现问题、思考问题、探索问题。不同的学生有不同的生活经历,熟悉不同情境的圆周运动,例如跳跳球模型、竹蜻蜓模型、过山车模型、洗衣机滚筒模型等等,学生在设计、动手制作、展示和观察这些模型的过程中,可形成生动、真实的问题情境,进而可通过形象思维,对生活中常见的圆周运动进行初步分析,由此可对向心力产生较为充分的感性认识,进而可引出本节课讨论的主题——向心力。在本环节中,学生能说出一些常见的简单物理模型,并对其做出初步分析,这达到了科学思维水平层级1的要求。

  二、让学生经历概念的建立过程,培养学生的抽象概括思维能力

  概念是抽象思维的基本形式,也是抽象思维的成果。在建立物理概念的过程中,教师要引导学生在感性材料的基础上,用分析、比较、抽象、概括等思维方法抓住事物的主要特征以得出概念。

  人教版必修2教材是这样定义向心力的:做匀速圆周运动的物体具有向心加速度,根据牛顿第二定律,产生向心加速度的原因一定是物體受到了指向圆心的合力,这个合力就叫做向心力。有些教师在教学时照搬教材直接给出向心力的定义,然后开始做练习题找向心力的来源,这样做忽视了学生物理概念的建立过程,导致学生不能深刻理解向心力的概念。对此,笔者在教学中细化了向心力这一核心概念的建立过程,指导学生分析了三种不同的模型,并归纳总结出各自合外力的共同点,由此抽象概括出向心力的概念,取得了较好的教学效果。

  教学片段2 向心力的定义

  师:我们先分析物体做匀速圆周运动时的受力情况。忽略摩擦力和空气阻力的影响,刚才第①、③、⑦组中的小球可近似看做匀速圆周运动,请同学们再次仔细观察(视频展示),并解答以下四个问题:

  (1)分别画出模型①、③、⑦中球的受力分析图。

  (2)分析小球所受的合力。

  (3)画出小球在任意位置的速度方向及合力方向。

  (4)总结做匀速圆周运动的物体所受合力的特点。

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文章名称: 基于提升科学思维水平的物理概念教学

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