基于提升科学思维水平的物理概念教学

来源：核心期刊咨询网时间：2021-07-24 10:3312

摘要：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

　　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

　　《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)。

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　　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。

　　推荐阅读：《动力学与控制学报》(季刊)创刊于2003年，是由中华人民共和国教育部主管、中国力学学会和湖南大学主办的一般力学与控制学科的学术性刊物。

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