在物理教学中培养学生认知能力初探

(江苏省南京市江宁高级中学,江苏 南京 211100)

认知能力主要涉及思维能力、交流能力、自主发展能力，本文结合具体教学案例，探讨在物理教学中培养学生认知能力的策略。

1 提升思维深度与广度，发展认知能力

在生活中，很多素材都是与物理息息相关，虽然有些素材的物理原理很复杂，但是点到为止的教学可以促进学生的理解。比如教师在讲解物理3-5核聚变内容前，播放《钢铁侠》电影片段，使学生明白钢铁侠的动力来源是小型聚变核反应堆，这个题材的给出激发了学生的思维，使学生对核聚变的认知不局限于课本，得到了升华，这样的案例还有很多。

片段一

教师在讲授“自由落体”时，需要让学生分析亚里士多德和伽利略观点，体会不同物体下落的快慢，用自己设计的小实验来推翻“重快轻慢”的认识，教师再借助演示实验和视频提供严谨的论证。

教师演示牛顿管中铁片和羽毛下落，让学生仔细观察并解释现象。

生：好像是同时落下(速度太快看得不清楚)。

教师播放NASA真空实验室中的自由落体实验视频，其中物理学家简介了该实验室，在将实验室抽真空的情况下将一个保龄球和一根羽毛同时释放，慢动作显示：下落过程中两个物体的运动情况完全一致。学生被保龄球和羽毛的同时下落所震惊，同时也感受到了科学实验的严谨。

师：为什么生活中看见的是羽毛下落较慢呢？

生：因为羽毛受空气阻力的影响较大。

师：排除阻力影响后，所有物体静止下落都遵循同样的运动规律，我们称之为自由落体运动。

牛顿管的演示实验让学生了解轻重不同的物体在真空管中为什么下落快慢一样，但学生看得并不清楚，此时学生只是说出预习过的结论，学生的认知并不是来源于对事实的充分肯定。本节课通过观看真空实验室中的自由落体实验视频，让学生观察到保龄球和羽毛下落快慢的一致，产生与伽利略的共鸣，同时明白了在生活中物体下落快慢不一样的道理。实验的真实性更容易让学生发现已有概念与正确概念的冲突之处，学生对自由落体的认知上升到了更高的层次，提升了思维的深度与广度。

2 提供交流与合作机会，发展认知能力

课堂不是教师一个人的舞台，上课的目的不是教师的“教”，而应该转换为学生的“学”。要在课堂上通过师生、生生互动交流与合作，促进学生认知能力的提升。比如在新知识教学中，学生的理解容易浮于表面。如何上好一节新授课？笔者在学生学习过牛顿运动定律后，开设了关于简单连接体的公开课，现以其中的一个教学片段为例说明。

本节课在学生掌握物体加速度的求解方法后，学习两个物体一起运动时加速度的求解方法。教师在课前准备了一个轻盒子，将其罩在两个互相牵引的物体上，通过绳子拉动盒子运动，学生轻松完成了光滑和粗糙平面上加速度的求解，但好奇为什么盒子那么长？当教师拿开罩在上面的盒子时，学生明白了教师的用意。如何求解两个一起运动的物体的加速度呢？这便是体现学生交流与合作能力的时候了，教师通过分组，给予充足的时间让学生去摸索、思考，有小组很快将先前的单个物体的求解方法迁移过来，教师简单地总结出整体法。教师应该给予学生充分的讨论时间，促使他们在交流合作中建立自己的知识体系，循序渐进发展认知能力，提升关键能力。

3 激发自主学习意识，升华认知能力

物理认知能力不是在“告知”和“机械训练”中培养出来的，而是在应用物理概念与规律，分析实际问题，进行预测、解释、推论等活动的过程中逐渐养成的，课堂上培养学生的自主学习能力尤为关键，以习题教学片段为例。

例1：如图1所示，炼钢厂用滚筒来传送软钢锭，软钢锭通过滚筒获得一定初速度。质量为M的软钢锭长为L，上表面光滑，下表面与平台间接触是粗糙的。现以水平向右的初速度滑上平台，全部滑上平台时速度为v。此时，在其右端放一个质量为m，相对平台无初速度的滑块(视为质点)。随后软钢锭滑过2L距离时速度为零，这时滑块恰好到达平台。重力加速度为g，空气阻力不计。求滑块获得的最大加速度(不考虑与平台的撞击过程)。

图1

解析：开始时由于滑块与软钢锭间无摩擦，所以，滑块相对平台静止，加速度为0；软钢锭在平台上滑过距离L后，滑块脱离软钢锭后做自由落体运动，加速度a=g。

以上试题考查的知识点和物理情景都较为基础，但是学生的得分率较低。原因是学生习惯于处理滑块与软钢锭之间有摩擦的问题，却不能很好地处理没有摩擦的情况，这充分说明学生不会根据物理情景的改变灵活变通。因此，在这题的讲解过程中要多加注重学生自主思维的建立，提升他们的认知能力，做到以不变应万变。

在本题教学中，需要让学生做好以下工作：

(1) 分析滑块在水平方向的受力情况，明了摩擦力的判断依据，即摩擦力判断的三要素：是否受到弹力、接粗面是否粗糙、是否存在相对运动或相对运动趋势。本题中因为软钢锭上表面光滑，故滑块在水平方向不受摩擦力；

(2) 为求得滑块的加速度，需分析受力、求合力，当滑块停留在软钢锭上时，所受合外力和加速度均为零，进而判定滑块的运动性质——相对地面静止。

通过回顾、总结，让学生体会到知识的积累不只浮于表面，要能够把所学知识融会贯通。为了进一步提升学生的自主分析能力，在例1基础上再引入2016年江苏物理高考选择题第9题。

例2：如图2所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，鱼缸最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则在上述过程中( )。

图2

A. 桌布对鱼缸摩擦力的方向向左

B. 鱼缸在桌布上的滑动时间和鱼缸在桌面上的滑动时间相等

C. 若猫增大拉力，鱼缸受到的摩擦力将增大

D. 若猫减小拉力，鱼缸有可能滑出桌面

解析:桌布被猫向右拉出，鱼缸相对于桌布向左运动，鱼缸受到向右的摩擦力，A选项错误；由于鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数相同，故鱼缸在桌面上和在桌布上受到的摩擦力大小相等，加速度大小相等，由v=at可知，它在桌布上的滑动时间和它在桌面上的滑动时间相等，B选项正确；鱼缸受到的滑动摩擦力，其大小只与正压力和动摩擦因数有关，与拉力无关，C选项错误；猫减小拉力时，其中一种情况是鱼缸受到的摩擦力若没有超过最大静摩擦力，则会与桌布一起以相同的加速度运动，最终和桌布一起滑出桌面；另一种情况是仍然有相对滑动，但因为拉力减小，桌布在桌面上运动的加速度减小，则运动时间变长，因此鱼缸加速时间变长，桌布抽出时的位移以及速度均变大，则有可能滑出桌面，D选项正确。

从中可以看出本题的分析关键点与例1本质相同，学生可以将第一个问题的分析方法自主迁移至该高考题中，难度有所增加，可让学生在思考选项错误原因、分析解题方法、深化解题技巧的过程中逐步提升认知能力。