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思維轉(zhuǎn)化在物理概念教學(xué)中的應(yīng)用論文
[摘 要]高中《物理課程標準》提出學(xué)校教育要從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度來培養(yǎng)學(xué)生，這就要求高中物理教師在物理教學(xué)方面能夠及時地、辯證地適應(yīng)新的教育理念，改變物理概念教學(xué)觀念，注重概念教學(xué)的過程和方法。在高中一些物理概念教學(xué)過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生將某些物理量的概念與其他概念相互混淆，不能對概念形成有效的、正確的認知。針對這一現(xiàn)象提出充分利用實驗的優(yōu)勢和精細化的設(shè)計對物理概念進行思維轉(zhuǎn)化，提高概念教學(xué)的效果。
[關(guān)鍵詞]思維轉(zhuǎn)化;物理;概念教學(xué);中學(xué)
在高中物理概念教學(xué)過程中，很多學(xué)生常將一些物理量的概念、內(nèi)容、形式、適應(yīng)范圍和生活常識混淆，不能對概念形成有效的、正確的認知。
這些現(xiàn)象主要是由于感性認識不足、思維方式不當、思維定式和相關(guān)概念干擾等原因造成。所以對于學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念過程中，高中物理教師要鼓勵和引導(dǎo)思維定式的積極表現(xiàn)，要及時恰當?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生對消極的表現(xiàn)進行思維轉(zhuǎn)化。例如，學(xué)生在高中物理學(xué)習(xí)過程中，由于先接觸到質(zhì)點、機械運動、直線運動、拋體運動、曲線運動等物理概念，主要掌握了通過分析概括一類事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征的抽象與概括的思維方法。而在學(xué)習(xí)密度、速度、電阻、電場、磁感應(yīng)強度時，如果學(xué)生還企圖運用這一抽象與概括的思維方法，就不能很好地掌握這種新物理情境下的比值定義法，從而導(dǎo)致不能深刻地理解這些物理概念的含義。對已有的物理概念模式認知進行思考角度的重新加工，抓住物理情景中物理量概念主要的本質(zhì)，忽略次要的，最后抽象地概括出物理情景中的事物的本質(zhì)屬性和共同特征，形成物理概念。然而這個思維轉(zhuǎn)化過程是需要高中物理教師要逐步引導(dǎo)的，具體可以從兩個方面來操作。
一、充分利用實驗的優(yōu)勢對物理概念進行思維轉(zhuǎn)化
以學(xué)習(xí)“電阻”為例，要使學(xué)生理解“電阻”這個概念，如果教師運用像講授直線運動、曲線運動、圓周運動等這些比較直接的學(xué)生習(xí)以為常的方法時，學(xué)生就會對該概念陷入一種習(xí)慣性的思維限制。因為學(xué)生在生活中很難接觸到這一類的物理模型，很難形成物理情景中對電阻的物理模型認知。因此必須讓學(xué)生思維轉(zhuǎn)化，從另一個思維角度去理解和接受“電阻”的概念。
我們可以這樣嘗試：將以往在課堂上的講授形式轉(zhuǎn)移到實驗當中去，這就是一個思維轉(zhuǎn)化。
在實驗室擺放各種各樣的電阻元件，讓學(xué)生去親身體驗。然后在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生通過視覺、觸覺的體驗對電阻有了一定的感官認知，進而對學(xué)生進行分組實驗。讓他們分別參與對不同電阻設(shè)定的實驗步驟進行實驗操作，最后以數(shù)據(jù)分析、比較、抽象、概括等課堂活動對學(xué)生思維轉(zhuǎn)換進行引導(dǎo)。
剛開始，通過感官認知后，學(xué)生知道了生活中電阻的各種模樣，在腦海形成初始印象。然后讓其中一組學(xué)生研究某個電阻的多次實驗數(shù)據(jù)，從整理的數(shù)據(jù)中分析可以得出什么樣的結(jié)論，在綜合各小組成員意見后，教師引導(dǎo)得出：對同一個導(dǎo)體，加在它兩端的電壓U與通過的電流I之比值是一個定值，并且這個定值是與U和I都無關(guān)的恒定的量值。
然后引導(dǎo)學(xué)生觀察其他小組實驗的不同電阻的實驗數(shù)據(jù)是否和第一個小組的實驗結(jié)論一致。在學(xué)生實驗后，依然可以得出同樣的結(jié)論，只是它們各自的比值不一樣，說明是兩個不一樣的電阻。
在其他小組也實驗一些生活中常見的導(dǎo)體時，他們都能得出同樣結(jié)論。于是我們組織學(xué)生對于這些結(jié)論進行概括，得出結(jié)論：每個導(dǎo)體本身都有一個恒量R，不同的導(dǎo)體具有不同的R值。
雖然學(xué)生對電阻這個概念已經(jīng)有了一定的認知，但是還沒有形成自己的完整的知識體系里的認知。這時我們需要進一步進行思維轉(zhuǎn)化引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生進行思維轉(zhuǎn)化，運用類比的思維方式將上述情況與初中學(xué)的抽象的“密度”的概念類比：對于同種物質(zhì)，它的質(zhì)量和體積之比是一個定值;對于不同的物質(zhì)這個定值是不同的，這個定值代表了物質(zhì)的一種特性———密度。那么你從這個角度去怎樣理解電阻呢?接下來再讓學(xué)生悟出這個恒量R，也一定是代表著導(dǎo)體的某種固有屬性，進而引導(dǎo)學(xué)生在各種不同情況下分析R與I及U的關(guān)系，這樣便可以在頭腦中形成正確的持久的電阻認知。如果學(xué)生不經(jīng)過這一思維轉(zhuǎn)化過程，而是教師直接給出電阻的概念，那么學(xué)生對電阻這一概念的理解只能停留在表面層次，在解決實際問題時容易出現(xiàn)錯誤的慣性思維。尤其是對于如何判斷“導(dǎo)體的電阻與所加在導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與通過其中的電流成反比”這樣的一類的習(xí)題。
二、精細化的設(shè)計對直觀的概念進行思維轉(zhuǎn)化
以學(xué)習(xí)“沖量”概念為例，現(xiàn)行的高中物理教材對“沖量”概念及其相互關(guān)系的引入都是直接給出的，表述為：沖量是力對物體在時間上作用效果的累積，即動量的變化量。并沒有做過多的描述，學(xué)生也只能是被動地、機械性地記憶這個概念，至于對物理概念的模型并沒有經(jīng)歷構(gòu)建過程。因此學(xué)生在做題時只會模仿和機械地應(yīng)用，總會犯這樣、那樣的錯誤。這時授課教師如果引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)化一下思維方式，做如下設(shè)計也許會收到很好的課堂效果。
在光滑水平面上，對一個物體施加一個力一定的作用時間后，引導(dǎo)學(xué)生先回顧分析“速度”、“速度的變化量”、“速度的變化率”分別具有什么樣的物理意義?它們的表達式是什么?學(xué)生很容易回答出來，也能夠根據(jù)以前的學(xué)習(xí)將它們的表達式寫出。
于是學(xué)生可以得出：
mv=p，mΔv=m(v2-v1)=Δp。
mΔvΔt=ΔPΔt=ma=F合。
通過對公式的推導(dǎo)分析出：質(zhì)量與速度的變化率的乘積就是動量的變化率，也就是等于物體所受合外力;再逐步引導(dǎo)將公式變換角度來思考，可以得出ΔP=F合Δt。
學(xué)生便可以恍然大悟，原來沖量I=F合t是這樣的一個模樣，是這樣一步步演化來的，由此也加深了學(xué)生對該概念模型的認知。雖然整個過程所用時間長一些，但學(xué)生對沖量定義的建構(gòu)過程有了本質(zhì)的理解，符合學(xué)生的認知規(guī)律，通過設(shè)計思維的轉(zhuǎn)化，更注重了概念形成的過程和方法能力的培養(yǎng)。
綜合以上兩個方面的概念的教學(xué)案例，高中物理教師通過啟發(fā)學(xué)生和引導(dǎo)學(xué)生的思維轉(zhuǎn)化，對概念教學(xué)有很好的效果，具有很強的實用性。
同時通過思維轉(zhuǎn)化既能體現(xiàn)物理學(xué)科的教育理念，又能夠使學(xué)生掌握課程標準的要求：知識與技能、理解過程與方法、培養(yǎng)情感態(tài)度與價值觀。
從認知角度來看，思維轉(zhuǎn)化在物理概念教學(xué)中的應(yīng)用符合學(xué)生的認知規(guī)律，從具體到抽象的教育教學(xué)原則。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中是經(jīng)歷一個個“思維限制—沖破思維限制—再思維限制—再沖破思維限制……”的周期性適度地遠離平衡態(tài)的一個過程，這也是學(xué)生成長的過程。這就要求教師在教學(xué)中精心選擇設(shè)計典型事例，有意識培養(yǎng)學(xué)生的思維轉(zhuǎn)化能力，運用物理思維轉(zhuǎn)化逐步引導(dǎo)學(xué)生接受一個正確的、深刻的、全面的概念。
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