培养物理思维能力提高物理学习水平

培养物理思维能力提高物理学习水平第1页，共25页，2023年，2月20日，星期四学生物理学习的现状许多学生反映物理难学，普遍存在物理成绩上不去的现象同其他学科相比成绩偏低甚至偏低幅度较大，呈现学科间的显著不平衡。

调查发现，他们的学习动机、学习态度、学习表现都比较好。为什么会出现效果与动机的明显反差呢？促使我们不得不从思维能力、学习方法上寻找原因。第2页，共25页，2023年，2月20日，星期四思维能力：指人们在工作、学习、生活中每逢遇到问题，总要“想一想”，这种“想”，就是思维。它是通过分析、综合、概括、抽象、比较、具体化和系统化等一系列过程，对感性材料进行加工并转化为理性认识及解决问题的。我们常说的概念、判断和推理是思维的基本形式。无论是学生的学习活动，还是人类的一切发明创造活动，都离不开思维，思维能力是学习能力的核心。

思维能力和科学方法第3页，共25页，2023年，2月20日，星期四思维能力和科学方法科学方法：是指人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段，包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。简单地说，科学方法就是人类在所有认识和实践活动中所运用的全部正确方法。物理思维能力：是指根据物理的概念、规律、仪器和实验规范，以及相关学科知识作工具，使用物理学的方法进行思维的能力。第4页，共25页，2023年，2月20日，星期四买土豆的故事这就是思维，思维停留的层次，决定了人生达到的高度。

第5页，共25页，2023年，2月20日，星期四以三种学生为例：第一种学生听课不见得多么认真，课后不见得多么努力，每次考试总是前几名；第二种学生听课努力，课下认真，总不是前几名；第三种学生课上不努力，课下不认真，永远不是前几名！学生物理学习的现状第6页，共25页，2023年，2月20日，星期四第一种思维是，问这是什么？那是什么？就是人本能的求知欲。这是人最简单的思维方式。第二种思维是，问为什么？产生这种思想的人是在探究，并且想知道答案。这种思维具有了探究性。第三种思维是，如果老师告诉他这道题选A，他会问为什么为什么是A不是B？如果是B怎么样？如果是C又会怎么样？B和C错在哪里呢？如果孩子把思维触角延伸到这个层次，我们说他的思维就有了批判性。这种思维就叫做批判性思维。学生物理学习的三种思维方式第7页，共25页，2023年，2月20日，星期四物理学史的教学可增强学生对所学知识的怀疑和批判精神

物理学发展的历史向我们显示了这样一条真理：有条件的有怀疑的思考，不迷信权威，这是科学能不断向前发展的动力。然而在现实的物理教学中，在纷至沓来的新概念、新术语、新公式、新定律面前，学生逐渐形成了这样的观念：这就是真理，学习它、记住它。久而久之，历史性的、进化着的科学理论被神圣化、教条化，学生不知道这个理论从何而来，为什么会是这样。这种以灌输为目的的教学不自觉地剥夺了学生的怀疑和批判精神，致使大多数学生对科学家和科学理论永远怀着一种崇敬心情，这种心情扼杀了学生发现问题、提出问题的积极性，从而抑制了学生的科学精神和创新能力。培养学生的批判性思维第8页，共25页，2023年，2月20日，星期四物理学史的教学可增强学生对所学知识的怀疑和批判精神

在物理学发展的进程中，有许多史实向我们表明，物理学家的批判精神，是促使物理学向前发展的动力，如伽利略对亚里士多德的怀疑和批判，推翻了错误的落体定律和强迫运动定律，得出了惯性定律，为牛顿力学的建立打下了理论基础；爱因斯坦抛弃了牛顿的绝对时空观，得出了相对论；普朗克否定了传统的能量是连续的观点，得出了量子论……在物理教学中渗透这些物理学批判性发展的精彩事例，能促使学生养成独立思考的习惯，提高善于提出科学问题的灵性和聪慧，使他们的思想沉浸在好奇之中，永不闭塞怀疑的目光。

培养学生的批判性思维第9页，共25页，2023年，2月20日，星期四物理学史的教学可增强学生对所学知识的怀疑和批判精神

在物理教学中渗透物理学史教育，还能够使学生深刻认识物理学理论的发展、变化过程，体验到科学理论不是一成不变的，它是不断发展的、进化的。没有任何一个物理学理论可以被看作是最终完满的，因为它的内容的有限性总是和可能观察到的无限丰富多样性相对立的，人们在一定条件下的物理学认识只能是近似的、相对的。这种有意识地对学生进行辨证唯物主义真理观的教育，能清除学生对物理学知识绝对化、僵化的理解，也可以防止学生不加限制地机械搬用物理定律、公式去解决问题。培养学生的批判性思维第10页，共25页，2023年，2月20日，星期四重视错例评讲

进行错例的分析，可以培养学生勇于质疑的精神，掌握多种思维方法，从本质上把握物理过程，能从各种复杂的因素中抓住主要矛盾，而不是机械地套用公式。使学生不易受到无关因素的干扰和迷惑，实现能力的提高。错例包括两种：一种是题目本身存在问题；另一种是表面上正确、实际上错误的解题方法或过程。题目本身存在的问题，可能是不存在真实解，也可能是未考虑到特殊情形，还可能是题目本身的描述含有不确定成份等。另一种错例主要来源于学生。教师要善于从学生的回答和解题中发现各种典型的、隐蔽的错误，引导学生从不同的角度质疑、论证、剖析。在习题课教学中，还可以充分展开学生的发散思维，引导学生针对一个问题提出新的变式，并引导学生质疑这一变式的真实性和可能性。

培养学生的批判性思维第11页，共25页，2023年，2月20日，星期四将原始物理问题引入教学

所谓原始物理问题，是指自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的物理问题；而许多物理习题则是指从实际问题中经人为加工出来的物理问题。

培养学生的批判性思维赵凯华教授指出：“在我们的教学中，同一问题，既可以把原始的物理问题提交给学生，也可以由教师把物理问题分解或抽象成一定的数学模型后再提交给学生。习惯于解后一类问题的学生，在遇到前一类问题时，往往会不知所措。”

“我们反对‘题海战术’，反对针对某类考试或题库的应试教育。但是做题毕竟是学生学习过程中比较主动的环节，学习物理，不做习题是不行的。但做习题不在于多，而在于精。”

我们主张要做题，但并不赞成搞题海战。因为题海战盲目追求解题的数量，不重视解题的质量，使学生根本来不及对习题以及与习题有关的问题进行思考。第12页，共25页，2023年，2月20日，星期四将原始物理问题引入教学正因为是原始问题，有许多次要因素的干扰，学生必须排除一些不重要的因素，使问题简化，并且不同的人可能从不同的角度提出多种解释，哪种分析或解释是可能的，哪种存在问题?这些都会引起学生的怀疑和论证的欲望，在具体问题的分析和讨论中，学生的批判性思维品质和质疑的精神会得到较好的培养和锻炼。原始问题的来源可以是教师平时观察发现的，也可以是学生提出的。为培养学生发现问题的能力，教师要鼓励学生多观察、多留心身边的现象，把发现的疑惑及时记录下来；教师定期把学生的问题收集起来，相对简单的问题，可以穿插在平时教学中解决，涉及知识面广、对思维活动要求较高的问题，先公布给学生，让学生有必要的思想和知识准备，以便实现高质量的课堂研讨，更好地发挥讨论的作用。培养学生的批判性思维第13页，共25页，2023年，2月20日，星期四将原始物理问题引入教学培养学生的批判性思维第14页，共25页，2023年，2月20日，星期四教育部《基础教育课程》杂志对2011年新课程高考试题进行“红黑榜”式点评之后，又对2011年全国各地中考试题进行了点评。为此，中国物理教学专业委员会在学会网站上举行了高考题、中考题的“最佳题”和“欠佳题”评选活动。以上举措对2012年高考和中考试卷命题有很好的导向作用，从而对今后高、初中教学产生积极影响。对“最佳题”的评选中，实践意识是其中一个重要的方面。第15页，共25页，2023年，2月20日，星期四2011年第4题：悉尼科技大学的研究小组研发了一种独特的复合材料——石墨纸，如图所示.其成分以石墨为主，薄如纸张，比钢要坚硬10倍且轻巧，还可以回收再利用，未来应用非常广泛.下列说法错误的是（）与同体积的钢相比，石墨纸的质量较小与钢相比，石墨纸的硬度较大石墨纸是一种环保材料石墨纸是绝缘体，不易导电

2011年第4题：悉尼科技大学的研究小组研发了一种独特的复合材料——石墨纸，如图所示.其成分以石墨为主，薄如纸张，比钢要坚硬10倍且轻巧，还可以回收再利用，未来应用非常广泛.下列说法错误的是（）A.与同体积的钢相比，石墨纸的质量较小B.与钢相比，石墨纸的硬度较大C.石墨纸是一种环保材料D.石墨纸是绝缘体，不易导电

点评：石墨烯纸是近期科技研究的重大成果，这种以石墨为主的新型材料，其强度达到极高水平，抗拉、抗弯，且重量轻、可回收，把它用在飞机、汽车制造中不仅能大大提升产品性能，而且减少了碳排放，其独特的热学和电学性能使得它在电子和家电产品中也大有用武之地，这种材料的诞生将可能引起制造业的一场革命。相关两位研究人员由此获得了2010年诺贝尔物理学奖。把这种科研成果的信息导入到中考题中，无疑对教学具有积极意义。通过什么途径使中考物理试题承载这些信息？这是试题设计者所面临的问题。《物理课程标准（实验稿）》在“物质的属性”二级主题中，要求学生“能描述物质的一些属性”、“了解物质的属性对科技进步的影响。”由此，试题设计者选择了以“属性”为切入点，把石墨烯纸的密度、硬度和导电性等作为选择题的选项。由此建立科技成果和课程内容之间的关系，

这是一种很有智慧的设计。第16页，共25页，2023年，2月20日，星期四促进科学方法教育研究问题要有科学的思维方法，解决问题要有正确的工作方法。从一定意义上说，方法就是能力，掌握什么方法，就具备什么能力。物理课程标准就把“过程与方法”作为课程的目标之一，使其和“知识与技能”、“情感、态度与价值观”并列，这进一步体现了人们的物理教育理念有了新的发展。第17页，共25页，2023年，2月20日，星期四近似估算法

物理估算一般是指依据一定的物理概念和规律，运用物理方法和近似计算方法，对所求量的数量级或近似值进行大致的推算。灵活地运用物理知识对具体问题进行估算是综合素质的重要体现。促进科学方法教育第18页，共25页，2023年，2月20日，星期四设计有趣的（意料之外）的研究问题人类通向深海的道路十分崎岖和艰难，其原因之一，是深海的海水压力大得令人难以置信，人要潜入深海，是一个高科技难题。2011年，我国自主研制的蛟龙号载人潜水器潜入了5km级的深海中，敲开了这一神秘“龙宫”的大门。深海5km意味着什么？有人说，设想你在5km深的蛟龙号潜水器中把一只脚伸到外面的水里，海水对你脚背的压力相当于1000个人叠起来踩在你的脚上！海水压力果真有这么大吗？第19页，共25页，2023年，2月20日，星期四第20页，共25页，2023年，2月20日，星期四

转换法有些物理现象我们不易觉察,这时运用转换法,便会显得很明了、易懂。如我们用电流的热效应、化学效应、磁效应来显示电流的存在;我们用放入其中的小磁体(针)受到力来验证磁场的存在;用磁体能吸引大头针的多少来比较磁体磁性的强弱等都是利用转换法的思维方法。促进科学方法教育第21页，共25页，2023年，2月20日，星期四促进科学方法教育（2007年31题）小刚同学由“金属导体的电阻一般随导体温度的升高而增大”联想到：铅笔芯也是导体，铅笔芯的电阻与它的温度之间是否也存在这种关系呢？于是，小刚和几位同学一起进行了“探究铅笔芯的温度变化对其电阻有何影响”的实验.（1）实验思路：保持铅笔芯两端的电压不变，给铅笔芯加热，测出不同__________时通过铅笔芯的电流，根据电流的变化情况，得出铅笔芯电阻大小与其温度变化的关系.其依据是：电压一定时，电阻越小，电流_____.（2）小刚设计了如图所示的电路.（3）主要实验过程：①先将H型铅笔芯接入电路，闭合开关，测量并记录通过它的电流；②用酒精灯给铅笔芯加热，使铅笔芯的温度逐渐___________，每隔10s测量并记录通过它的电流；③再分别将HB型、2B型铅笔芯接入电路，重复以上实验过程.（4）下表是小刚他们记录的实验数据：分析表中数据可以初步得出：铅笔芯的电阻随温度的升高而________.（5）你认为小刚他们的实验存在什么不足，写出其中一条：__________________.加热时间/s0102030通过铅笔芯的电流/AH0.1500.1600.1750.185HB0.2650.2700.2850.2952B0.3200.3400.3600.370在实验设计思路中，着重考查学生思维转换的过程，即给铅笔芯加热，实为使铅笔芯的温度变化;根据电流的变化情况，反映出铅笔芯电阻大小的变化。第22页，共25页，2023年，2月20日，星期四极限法

所谓“极限思维”,就是根据变化发展的事物,在特定的条件下,具有一定的发展速度而产生的一种思维模式。即借助对事物发展的极限这一特定情形加以考察分析,从而实现认识事物发展的一般规律。

初中物理中的光速、绝对零度、绝对真空、超导等都是极限问题。声音不能在真空中传播便是用极限思维方法推理而得。在解决实际问题的方法中,如巧妙运用连续变化至极限的极限值,可能会将复杂的问题简单化。促进科学方法教育第23页，共25页，2023年，2月20日，星期四物理学中的科学研究方法教材的各个章节都有意识、有步骤地渗透了物理学的科学研究方法，使大家在学习物理知识的同时受到科学方法的熏陶和训练．掌握基本的科学方法，形成比较有效的物理思想，是能力形成的标志．近几年中考常考到的几种科学研究方法列表如下：方法教材中方法的运用说明等效法(1)在力的合成中，若干个共同作用的分力可以等同于作用效果相同的一个合力；相反，一个力也可以分解为作用效果相同的若干个分力(2)在电路中，若干个电阻，可以等效为一个合适的电阻，反之，如串联电路的总电阻、并联电路的总电阻都利用了等效的思想(3)在“曹冲称象”中用石块等效替换大象，效果相同(4)在研究平面镜成像实验中，用两根完全相同的蜡烛，其中一根等效另一根的像在物理学中，将一个或多个物理量、一种物理装置、一个物理状态或过程用另一个物理量、一种物理装置、一个物理状态或过程来替代，得到同样的结论，这样的方法称为等效(替代)法，运用这样的方法可以使所要研究的问题简单化、直观化．理想模型法

(1)匀速直线运动，就是一种理想模型．在生活实际中严格的匀速直线运动是无法找到的，但有很多的运动情形都近似于匀速直线运动，按匀速直线运动来处理，大大简化了难度，得出的结果又具有极高的精度，在允许的误差范围内与实际相吻合(2)杠杆也是一种理想模型，杠杆在实际使用时，由于受力的作用，都会引起或大或小的形变，可忽略不计，因此，我们就把杠杆理想化，认为它无形变(3)汛期，江河中的水有时会透过大坝下的底层从坝外的地面冒出来，形成“管涌”，“管涌”的物理模型是连通器(4)光线、磁感线都是虚拟假定出来的，但它们却直观、形象地表述物理情境与事实，方便地解决问题．通过磁感线研究磁场的分布，通过光线研究光线传播的路径和方向把复杂问题简单化，摒弃次要条件，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理，构建理想化的物理模型，这是一种重要的物理思想．在建立起理想化模型的基础上，有时为了更加形象地描述所要研究的物理现象、物理问题，还需要引入一些虚拟的内容，借此来形象、直观地表述物理情景．控制变量法(1)研究滑动摩擦力与压力和接触面之间的关系(2)研究压力的作用效果(压强)与压力和受压面积的关系(3)研究液体的压强与液体的密度和深度的关系(4)研究物体的动能与质量和速度的关系(5)研究物体的势能与质量和高度的关系(6)研究弦乐器的音调与弦的松紧、长短和粗细的关系(7)研究电流与电阻、电压之间的关系即欧姆定律(8)研究导体电阻大小跟导体的材料、长度、横截面积的关系(9)研究电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系(10)研究电磁铁的磁性与线圈的匝数和电流的大小的关系(11)研究蒸发快慢与液体温度、液体的表面积和液体上方空气流动快慢的有关在研究物理问题时，某一物