初中物理教学中学生科学思维的培养论文.doc

初中物理教学中学生科学思维的培养论文 摘要：物理规律教学要基于学生的原有认识遵循其思维发展规律创设物理问题情境帮助其突破物理思维障碍引领其探寻物理规律的发现过程使其从物理视角循序渐进地认识物理现象及物理过程本质的、内在的联系教师要围绕反映教学内容逻辑的知识序这棵“藤”引领学生摸到科学思维的“瓜”通过“顺藤摸瓜”的学习过程在探寻规律过程中提高认识发展科学思维 关键词：物理思维障碍；科学思维；牛顿第一定律 物理规律是一类物理现象及物理过程本质的、内在的联系在人们头脑中的反映物理规律是物理学理论体系中最核心的內容物理规律的教学是物理教学的核心内容也是培养学生科学思维的重要途径 然而学生在学习物理规律时存在着思维障碍因此笔者在物理规律的教学中针对学生的思维障碍以知识为载体发展学生的科学思维以达成学生主动探寻规律的目的物理规律的发现过程是一个渐进的过程因此教师要引导学生通过符合其认知规律的学习活动沿着科学家发现规律的思维过程发现并总结规律如果将物理规律的发现过程比作“藤”科学思维就是“藤”上结出的“瓜”物理规律教学中教师要基于学生物理思维障碍的突破引导学生沿着探寻物理规律的过程发展科学思维力争将科学思维的培养融入物理规律的探寻过程中实现“顺藤摸瓜”的教学效果以提高学生的学习能力 物理思维障碍指的是学生由于物理思维中心点不明确、思维对象不确定、思维方向不正确、思维逻辑不连贯、思维受到无关因素的干扰等原因导致在认识客观物理事物的本质属性、内部规律以及物理事物间的联系和相互关系时思维出现偏差或中断从而造成了物理学习困难1 因此教师在教学中要基于学生物理思维障碍的突破创设情境让学生经历发现、探究的过程运用科学的思维方法思考并自主探寻规律并将科学思维内化为自己的思维和行为方式以培养用科学思维探求新知识、研究新问题的习惯和能力 牛顿第一定律是在机械运动、运动快慢、力的基础上对运动和力关系的深入思考是初中建立运动和力关系的基础是后面学习二力平衡、物体浮沉条件及应用的理论基础也是高中学习牛顿第一定律、牛顿第二定律的基础本节内容由“阻力对物体运动的影响”“牛顿第一定律”两部分组成牛顿第一定律是经典力学的核心内容之一是力学的基础是将运动和力联系起来的纽带能否正确领会这一物理规律不仅会影响学生对本章的学习还会影响运动和相互作用物理观念的建立和形成“阻力对物体运动的影响”是培养科学探究以及质疑与创新、解释与论证等科学思维的知识载体“牛顿第一定律”是培养科学推理、科学建模的科学思维的知识载体通过实验、观察、思维建构知识的过程则是培养尊重事实、敢于质疑、勇于创新、探索自然、理论联系实际、辩证唯物主义的科学态度与责任的良好载体 1学习“牛顿第一定律”的物理思维障碍 为了了解学生学习本节内容时的知识经验和认知水平笔者设计前测题对117名学生进行前测解答前测题时需要学生自己构建模型通过对前测结果的统计和分析可以看出： 知识、经验与技能方面：73%的学生认为物体运动需要力来维持原因是学生缺乏对现象的观察混淆了运动和运动状态的变化对力能改变物体的运动状态的认识停留在识记层面；35%的学生知道如何控制从斜面上自由滑下的小车在水平面运动的初速度大小 思维、方法和能力方面：73%的学生缺乏分阶段研究物理过程的方法；61%的学生缺乏运用证据反驳或说明观点的科学论证能力；84%的学生缺乏将复杂问题简单化从实际情境中提炼物理概念、物理过程的科学建模能力和意识 以上问题究其原因是学生缺乏分阶段研究物理过程的方法存在逻辑思维障碍在思考问题时缺乏目的性、条理性对于复杂问题往往不依据现象、数据分析而是凭感觉去判断不依据理论按照一定逻辑关系去推理而是主观臆断 2突破思维障碍“顺藤摸瓜”培养科学思维的教学策略 “牛顿第一定律”一节内容隶属于“运动与相互作用”部分反映了运动和力的关系教学中必须以促进学生科学思维的发展为目标考虑学生探寻规律的“思维关键点”帮助学生突破思维障碍循序渐进地探寻规律 笔者针对学生的思维障碍创设情境激发学生的认知冲突通过一连串的问题启发学生思维围绕学生学习的“思维关键点”引导学生经历体验、探究、论证、推理、建模过程纠正错误认知从有限次实验结果过渡到理想实验规律教学策略如图1所示： 这一过程笔者围绕反映教学内容逻辑的知识序这棵“藤”引领学生摸到了科学思维的“瓜”“顺藤摸瓜”的学习过程有效地达成了引领学生在探寻规律的过程中发展科学思维的目的 3基于科学思维培养的“顺藤摸瓜”的学习活动设计 探寻规律的过程要遵循学生的思维发展规律以“思维关键点”为依托创设物理问题情境突破学生现阶段的认知水平促进其在实验基础上通过科学推理总结、理解规律所以围绕“运动和力的关系探究阻力对物体运动的影响牛顿第一定律”的知识序笔者合理安排课堂教学的时空顺序教学序实现引导学生自主探寻规律、发展科学思维和科学探究能力的目标 3.1【环节1】运动和力的关系 活动一（实验）：在水平桌面上用手推小车运动一段路程后松手小车又运动一段路程最后停下来 提问：看到什么现象想到什么 引导学生关注并区分物体运动和物体运动状态的变化引导学生将小车的运动过程分阶段描述分析其在水平方向的受力情况 活动二（播放视频）：用力踢足球踢出去的足球在草地上继续滚动最后停下来 提问：看到什么现象想到什么 活动三（演示实验）：小车在气垫导轨上的运动引导学生分析认识到物体的运动不需要力来维持力的作用是改变物体的运动状态介绍亚里士多德的观点和伽利略的观点 【设计说明】 通过观察实验、事例分析等活动结合分阶段研究物理过程的方法引发学生的认知冲突激活学生思维有效突破了学生混淆运动与运动状态变化的思维障碍点纠正了“物体受力才运动”和“物体运动需要力来维持”的错误前认知使学生初步认识了运动和力的关系学习活动中学生经历从实际情境中提炼物理概念、物理过程的科学建模过程实现了依托“运动和力的关系”通过运用证据反驳或说明观点的方式发展科学论证、科学建模、解释的科学思维感受物理与生活的密切联系形成了尊重事实和敢于质疑的科学态度 3.2【环节2】探究阻力对物体运动的影响 （1）引出探究问题 引导学生将问题转换成可探究的科学问题探究阻力的大小对物体运动速度变化快慢的影响 （2）引出探究实验装置 提出问题：怎样用斜面、水平长木板设计在运动方向上不受动力的小车 展示实验装置（如图2所示）每组三个装置的斜面部分完全相同水平面由粗糙程度不同的木板构成小车在水平面运动受到的阻力分别为3N、2N、1N （3）设计探究实验 引导学生从变量识别、操作变量的角度思考设计探究实验学生认识到： 自变量是小车在水平面受的阻力大小需要改变、知道大小； 控制变量是小车在水平面运动的初速度大小控制其不变的方法引导过程如下： 展示图1所示的装置问运动的小车在个水平面停下来快学生预测后演示遮住斜面部分让相同的小车从斜面不同高度自由滑下（用摄像头拍摄）使小车在摩擦力大的水平面停下学生推测原因播放实验拍摄的视频 演示：将两个图2所示的装置并排放在水平桌面上两端对齐让完全相同的小车分别从两个轨道最高点由静止开始同时自由滑下观察两小车是否一直并排滑动直到轨道零刻度线处对调两小车重复上述实验 因变量是小车在水平面运动速度变化的快慢对其测量转换成小车在水平面运动的时间 实验数据记录表格如表1所示 （4）学生分组实验探究收集证据 （5）分析论证交流合作 【设计说明】 引导学生“探究阻力对物体运动的影响”时通过“引出探究问题转化科学探究问题引出探究实验装置引导设计实验进行实验收集证据分析论证”等一系列循序渐进的学习活动保证了科学探究活动的高效、有序开展科学探究过程促进了学生科学论证、质疑与创新、解释的科学思维的发展培养了科学探究能力促进了学生不断探索、合作交流的科学态度与责任的形成 3.3【环节3】牛顿第一定律 （1）从有限次实验结果过渡到理想实验规律 如果做第4次实验让小车在水平面受的阻力更怎样小车运动时间比第3次怎样小车速度变化快慢比第3次怎样 如果做第10次、100次、1000次、10000次实验甚至更多如果每次让小车在水平面受的阻力比上次更小小车运动时间会比上次怎样小车速度变化快慢比上次怎样 假如小车在完全光滑的水平面上运动一点阻力都不受小车在水平面运动时间会怎样小车速度变化快慢会怎样小车运动方向会不会改变小车将会如何运动 （2）牛顿第一定律 介绍物理学史 伽利略的观点 介绍伽利略理想实验引导学生科学推理明示以实验为基础结合科学推理得出结论是重要的科学研究方法 笛卡尔的观点 如果运动物体不受任何力的作用不仅速度大小不变且运动方向也不变将沿原来的方向运动下去 牛顿的补充 静止的物体在没有受到力的作用时将保持静止状态 （牛顿第一定律的内容） 解读牛顿第一定律： 教师引导学生从如下层面思考并解答相关问题： 对牛顿第一定律内容的分析：研究对象、條件、观点能否用实验验证总结运动和力的关系：物体不受力时运动状态会不会改变怎样才能改变物体的运动状态运动物体一定受力维持运动需不需要力 【设计说明】 在实验条件不允许的条件下师生共同演绎从假如做第4次实验到假如做第10000次实验启发学生思维让学生顺利从有限次实验结果通过科学推理过渡到理想实验促进了科学推理、科学论证、质疑与创新、科学建模、解释的科学思维的发展 总之物理规律的教学中教师要了解学生的已有认知水平和能力水平基于学生物理思维障碍的突破结合认知目标和科学思维两个维度安排学习活动通过提出问题猜想假设实验探究