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徐凤乔:物理新课程标准下学生解决实际问题能力的培养
作者:徐凤乔 发布时间:2012-12-24 点击数:3863

 

摘要

在物理教学中针对学生解决实际问题困难的实际情况,结合物理新课程标准的要求,提出通过丰富学生的感性认识、排除不良前概念的干扰、加强学生思维训练、加强理论联系实际的教学,提高学生解决实际问题能力。

关键词      新课程标准   实际问题   物理教学      

引言

物理新课程标准的基本理念是:从生活走向物理,从物理走向社会;注重科学探索,提倡学习方法多样化。新课程在教材编写中更多地注意了概念和规律的实际应用,注意引导学生运用物理知识解释物理现象,分析和解决各种实际问题。

实际问题是以自然现象、生产生活实际、现代科技为素材进行设计的问题,这些问题中往往创设了一些比较真实或全面地模拟、再现生产生活的实际场景、科学研究的过程、科学上的重大发现和高科技成果等情境。在传统的应试教育的背景下,中学物理教学强调理论的完整性、系统性,与科学技术、生活实际联系得不够。传统的中学物理教学中所涉及的习题大多是模型化的,诸如“轻杆、光滑水平面、物块在斜面上滑动”等高度理想化的模型,学生在处理具体的问题时很少需要对研究对象和物理情境进行抽象和理想化的处理,或者只需进行简单的模型化。久而久之,学生形成了靠死记硬背、题海战术来学习物理的不良习惯。新课程标准的实施注重加强学生解决实际问题的能力,有助于扭转基础教育中长期存在的理论脱离实际的倾向,有助于培养和提高学生的创新意识和创新能力,从而推动和深化素质教育。因此,加强理论联系实际的教学,培养学生学以致用的应用知识,是物理教学中的一个重要课题。

实际问题的解决包含这样的流程:从实际问题中提取信息,排除次要因素;确立研究对象和物理场景,应用所学的物理知识、物理方法进行分析和从问题情景中抽象、建构合适的物理模型;寻找物理对象在变化过程中满足的定量和定性的规律,直至解决问题。

如何加强理论联系实际的教学,提高解决实际问题能力的呢?笔者认为可以从以下几个方面着手。

1  丰富学生的感性认识

在物理科学的发展史上,对物理概念和规律的认识经过了漫长而曲折的过程,而学生的学习和使用过程是浓缩的,学习的是间接知识。这样情况下学生在学习过程中的感性认识不足,或者不能够正确地上升为理性认识。导致在解决实际问题的时候学生不能够从实际现象中科学地抽象出物理过程,不能区别本质和非本质的东西,从而很难做出概括,得出结论。有了充分的感性认识,才可能通过分析、综合、抽象、概括、类比等思维过程上升到物理概念,从而更好地掌握物理知识。所以教师在教学中要提供给学生大量的有助于概念形成的感性材料,使学生形成初步的感性认识,获得进一步思维加工的依据,由感性认识逐步上升到理性认识,促进学生将物理理论与实际生活联系起来。

新教材有大量的图片和故事等问题情景,把中学物理知识和生产生活实际紧密结合在一起,弥补了理论联系实际的不足,增强了物理知识的应用性和实践性。教师在教学过程中要积极注意让生活走进课堂、提供更多的日常学习和生活中问题情景给学生。日常生活中很多现象与物理息息相关,在这些司空见惯的物理现象中,有很多具有较强的启发性、代表性和应用性,教师可以将其转化为中学物理问题,使之走进课堂,让学生学会有目的地体验实际物理情境。

教师在选择问题时要选择大多数学生所熟悉的身边的事例,引起学生的共鸣;同时,所需的知识与能力应与目前的中学物理的知识结构与能力要求相适应。除了课本要求的学生实验和演示实验外,教师可有意识设计一些简单、有趣的实验或物理情境,让学生积极参与课堂,进行仔细观察、体验、思考和解决问题。学生通过做实验或参加活动等亲身体验,感受很深,获得自身体验的知识更加有利于进一步学习。例如:讲摩擦力的时候,让学生用手压紧桌面向前推或者向后拖,感受摩擦力的方向与手的相对运动方向的关系,从而进一步探索摩擦力的方向问题等。教学中要让学生真正感受到物理学就在身边,久而久之,学生在平时的生活和学习中会自觉的将学习的知识来解释解决生活中的问题,知道哪些现象和哪些物理知识有关系,运用什么知识来解决比较合理等。

另外,现代科技的发展日新月异,很多的现代科技问题与中学物理具有一定的相关性。科技成果方面的题材为新情境问题提供了极为广阔的设题背景,教师可以从报刊、杂志、因特网等媒体上,及时捕捉反映科学前沿与动态的最新信息,教师要创造性地发现有关的教学素材,编制这方面的习题。如最近我国发射的“嫦娥一号”绕月卫星,可以结合天体运动规律和万有引力知识来进行设题。又如超导磁悬浮列车这一高科技成果,与电学知识密切相关,可以结合磁场和电磁感应等电学知识进行设题。通过研究这些问题,使科技前沿与学生所学物理知识拉近了距离。既能极大地激发学生的学习兴趣,增强学习物理的信心,又可以破除学生对科学的神秘感。同时丰富了学生的认识,为学生学会解决物理实际问题创造前提条件和打下基础。

2  排除前概念的不良干扰

   随着年龄的增长,由于多种物理现象对学生感官的刺激,学生大脑中便逐渐形成了对各种事物的感知和表象。学生在学习物理之前,对多种物理现象已有了自己的认识,并形成了一些固定的看法,这就是前概念。有些看法与科学知识相悖或不尽一致,影响学生的进一步学习。例如:重的物体比轻的物体下落的快,铁是不会浮在水面的等等。

按照皮亚杰的理论,我们可以认为学生在他头脑中建构概念时,是他们头脑中的图式在起作用。当学习到相关知识时,学生就会习惯性地、自觉地用自己的前概念加以联想,甚至得出错误的结论。例如学生学习了惯性后,能正确解释刹车时人会向前倾斜。但当问到这样的问题:AB两个物体叠在一起,一水平拉力作用在下面的物体B上,使两物体一起在水平面向前匀速直线运动,分析A物体的受力情况。则有很多同学认为A受四个力,理由是A向前运动一定受向前的力。这就是因为学生虽然学习了惯性的概念,但“力是维持物体运动的原因”这样认识早就存在与头脑中,在一些似是而非的情景中,这种前概念就会自发地从头脑中出现。因此在物理教学中,教师必须注意其影响,采取有效的教学策略,以帮助学生完成心理转变过程,实现有意义的学习。

1)教师在进行教学前,应先了解和掌握学生前概念的程度和情况,弄清它们对学生理解新的知识会造成什么样的障碍和影响。课前要认真分析学生的前概念与物理概念的相互联系和相悖部分,做到有的放矢和加强师生之间的思想交流。

2)利用前面创设的物理问题情境,在学生头脑中激发认知冲突、激发探究知识的愿望。教师在分析学生前概念的基础上,精心设计能对学生产生好奇、有趣、惊险的实验。如讲解向心力时,可以做课堂上改做“水流星”的实验,在杯子里放上鸡蛋,手拿杯子快速在竖直面内做圆周运动,而在最高处杯口朝下,但鸡蛋却不掉下来。这将与学生日常生活经验“相悖”,造成不平衡,破坏了学生原有的图式,而建立了新的图式,对学生的认知结构的形成有着积极的促进作用。

3)让学生再一次把教学情景中抽象出的科学概念与不良前概念进行对照比较,最终得到认知结构中完整而正确、科学而全面的物理概念。理解新的物理环境否定了原有认识的原因,挖掘出它们的本质差别。例如:上例中让学生对比,当杯子静止或以比较小的速度在最高点杯底朝下则鸡蛋会掉下,从而对向心力有了更好的掌握和理解。

3 正确的思维方法训练

3.1 培养学生建立正确物理模型的能力

如果学生缺乏物理模型,那么在实际问题的众多对象中,思维容易受到问题表象的干扰,很难抓住对象本质特征,因而难以从实际问题中抽象出物理图景和物理模型。

中学物理知识解决实际问题需要进行选择、压缩、改造而具典型化和简约化,更具有高度的理想化和抽象性。教师充分利用图形图片、电视录像、多媒体课件等手段再现知识发生发展的变化过程,用图文并茂的方式向学生提供信息,降低学生学习的难度。同时,将物理学研究问题的方法和物理思想寓于情景的建立和分析过程中,促进学生开展分析问题的思维活动,使学生掌握分析物理过程、建立正确物理情景和模型的方法。在充分展示知识发生发展过程的基础上,有意识地突出事物的主要因素,排除次要因素的干扰,简化事物之间的关系,从而揭示被研究对象在理想状态下的运动规律。在学生获得感性材料和感性经验后,运用理性思维进行一番去粗取精、去伪存真、由表及里的加工制作,去掉事物非本质的、表面的、偶然的东西,抽取事物的本质的、内在的、必然的东西,揭示客观对象的本质和规律。引导、帮助学生建立准确的物理模型。例如,在电磁感应现象的教学中,从各种有关实验中,提出它们的共同特点,即当“闭合线圈内的磁通量发生变化时,线圈内就有电流产生”。

  培养学生理想化、建立准确模型的能力可按下面几个方面进行:(1)通过特殊到一般的过程培养;在学习中让学生知道不管是理想模型(质点、单摆、点电荷、理想变压器、点光源等)、理想过程(自由落体运动、平抛运动、简谐运动、LC回路的电磁振荡等)还是理想实验(验证机械能守恒定律等),它们都有一个共同点就是对客观存在的理想化反映,是抽象的绝对理想形态,以可靠的事实为基础,通过抽象思维,抓住主要因素,忽略了次要因素。(2)通过理想化过程的展示,明确理想化的形式和方式培养;展示过程就是对对象所含的各种因素进行分析,根据研究问题的需要和具体情况确定主要因素和次要因素,保留主要因素略去次要因素。如分析一个物体时,为了研究物体整体运动状态,在物体处于平动和物体大小比运动空间小得多时,大小、形状、刚性等外在因素就成为次要因素,而质量等内在因素就成为主要因素,于是就经过理想化建立只有质量而没有大小的“质点”模型。(3)运用模型过程中理想化方法的作用和意义进行培养;经过理想化建立的物理定律既简洁,结果又与实际很相符。如通过单摆模型得出的周期公式既简单,而且用它测出的重力加速度也很准确。学生在接受了这些事实后,体会到理想化可以简化研究过程,得出准确的结果。(4)在学生逐步理解理想化方法的基础上让学生参与“理想化过程”。教学中,特别是在练习时,要让学生参与抽象思维过程,可以将课本中已有的典型事例作为学生的练习,也要有意识的补充一些抽象思维练习的题目。

3.2加强学生程序化的思维训练

改变传统的习题教学方式,大量使用与新教材内容相关的、应用性的生活事例,加强学生在学习新知识时的思维训练。在问题的应用上,改变学生仍然习惯于传统的认识经验和思维习惯,改变物理就是代代公式的数学运算而已的方法上的思维障碍。加强学生的应用能力的培养,提高解决实际问题的能力。

在大多数情况下,传统物理教学及有关问题的训练,往往直接给出简化后的物理对象或物理图景,因而在问题的处理上,学生缺乏对物理对象和物理场景做理想化处理的方法和能力。教师要在教学上通过图象图景的教学加强抽象的物理规律与形象的实际情景的紧密联系,建立由实际情景——理论模型——新实际情景的有机联系。由于学生遇到问题时的困难,还表现为思绪的混乱,缺乏思维的程序化。因此在教学中更要重视思维程序的建立和训练,可分审题、文字信息(排除干扰因素)、抽象出物理对象和物理情景、寻找问题所满足的定量和定性的规律、建立模型、求解六步进行。即从实际问题中提取与问题有关的文字信息,并用相应的图形或符号表示,使复杂的变化过程符号化;确定物理对象,建立物理情景,运用示意图帮助理解题意,寻找变化规律,建立各物理量的联系;边审题、边画图,并一一把条件和问题用字母符号注在图上,使问题能在脑中形成完整的表象,不至于因忘记条件或问题而中断解题过程的思维去重新审题,同时,示意图能使解答问题所必须的条件同时呈现在视野内,图象成为思维的载体,利用视觉思维参与解题的过程;最后建立物理模型、利用数学关系,列式求解,从而最有效地终解决问题。

在平时教学中,要重视教学中示意图画法的训练。教会学生如何通过审题,画示意图,从易到难,逐步消除思维障碍。教师在整个过程中要重视学生画图习惯的培养和建立文字与图象的联系,养成读图释义,审题画图的习惯,最终能从静态图中联想到动态变化的过程,由动态图中能看到瞬时的状态图景。不断训练学生的物理形象思维和抽象思维,建立正确物理模型,提高学生解决实际问题的能力。

高中学生解决实际问题的培养,加强应用性知识的教学,建立与实际生活的紧密联系,不断培养学生优良的物理思维品质,物理教学就会越来越生动;使更多的学生提高学物理的兴趣,以至更会学物理。同时也有助于培养和提高学生的创新意识和创新能力,从而推动和深化素质教育。

 

 

参考文献

①管寿沧 陈琪兮  教科版《物理.必修1》的主要特点和几点说明  物理通报 [J] 2007.10        

② 课程教材研究所物理课程教材研发中心   高中物理新课标介绍 

皮亚杰  发生认识论 [M]商务印书馆,1996

乔际平、刑红军   物理教育心理学    广西教育出版社[ M ]    2002.3

黄干生  2007年全国高考理科综合测试卷I物理试题评析  物理通报 [J] 2007.10

 

 

 

 

 

                                                                                   

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