善加引导 关注学生推理思维的培养
2022-03-27黄艳
摘 要:
科学思维是物理学科核心素养的重要组成之一,这也是初中物理教学必须着力培养的地方.本文从初中生的思维发展特点出发,以“欧姆定律的应用”的教学为例,探讨了在初中物理课堂上如何引导学生进行有效地推理,从而促进学生对物理知识的理解,发展他们的推理思维.
关键词:初中物理;推理思维;问题分析
中图分类号:G632 文献标识码:A 文章编号:1008-0333(2022)05-0091-03
收稿日期:2021-11-15
作者简介:黄艳(1982.3-),女,本科,中小学一级教师,从事初中物理教学研究.
一直以来,很多学生对初中物理有这样的误解:只要记住一些概念和公式,在问题分析时直接套用相关结论就能解决相关问题.诚然,物理学习过程中,学生需要理解并记住一些基本的规律和概念,但同时更需要展开举一反三的思考,在物理处理中充分利用推理思维,经过抽丝剥茧般的分析达成对问题的解决,这一过程中学生的推理思维也将获得提升和发展.下面,笔者以“欧姆定律的应用”为例,探讨一下初中生推理思维的培养.
1 理解规律是有效推理的基础
物理研究过程中的推理并不仅仅只是数理逻辑层面的推理,所有的思维过程都应该立足于物理事实,因此深度而有效地把握物理规律是有效推理的基础.因此,在引导学生进行推理时必须要深度理解物理规律的形成过程,并明确规律的实质所在,切不可机械套用,否则就会犯很多错误.
以欧姆定律为例,它源于对电流影响的各项因素之间关系的研究,学生在学习过程中要采用控制变量的方法确认这一事实:当电阻一定时,电流与电压成正比;当电压一定时,电流与电阻成反比,进而有表达式:I=UR,这个表达式也可以称作电流的定义式,它反映为电流受其他因素影响的特点.在教学中,我们也会引导学生对表达式进行变形,有对电阻的表达式:R=UI,也有对电压的表达式:U=IR.这其实也正是推理思维的运用,但学生需要理解这其中的逻辑关系,即如果是结合电压和电阻特点来研究电流的特征,这是一种由因及果的推导,但如果是后面两个表达式,则是由果及因的推导,在引导学生分析时,这一点相当重要,尤其是对公式R=UI的理解.在问题处理中,我们可以通过这个表达式完成对电阻大小的推测,对学生而言,切不可将这个表达式理解为:电阻与电压成正比,与电流成正比.这正是物理学和数学之间的一点差异,从数学角度而言,上述表达是可以的,但从物理角度来讲,这就存在一个逻辑关系的讨论,即所谓正比,就应該有相关量之间有着同比例变化的特点,具体来讲:针对特定的电路,如果电压增加为原来的两倍,是否可以说电阻就变成原来的两倍;如果电流变为原来的两倍,是否可以说电阻就变成为原来的一半呢?上述讨论显然是不成立的.因为电阻并非受电压和电流这两个物理量制约,所以教师在引导学生应用欧姆定律进行推理时,务必要指引学生厘清规律的本质,把握相关物理量之间的关系特点,这是推理工作有序推进的基础.
2 正确建立图景是有效推理的保障
在很多物理问题的分析中,学生需要从已知量的特点出发,正确建立物理图景,对即将发生的物理过程进行探索,并准确预判相关物理量的特点.就欧姆定律的应用来讲,电路是此类问题的主要载体,学生在问题处理过程中,要理清电路图中各个电路元件之间的关系,具体来讲,就是要让学生能够从电路图的角度着手,明确电路元件是串联还是并联的关系,电流表或电压表所测的对象是什么,这些都是学生正确推理的基本保障.
例1 在如图1所示的电路图中,R1是定值电阻,R是滑动变阻器,闭合开关后,滑片P由a端滑动到b端时,电压表示数会_________,电压表与电流表示数的比值_________.(选填:“变大”、“不变”或“变小”)
这个问题需要学生发挥推理思维来进行处理,正确的推理需要他们能够先认清电路的结构,从电路图出发可以先回避电表对电路分析的干扰,即把理想电压表视为断路,理想电流表视为短路,在此基础上可以确认图示结构是一个简单的串联电路,各个电阻和电源、开关串联而成,最后再将电压表和电流表放进去研究,确认电流表测定的是整个回路的电流,电压表在开关闭合后测定的是电阻R1的分压.思路确定后回归问题,滑动变阻器的滑片向右移动,其接入电路的长度变长,电阻变大,根据欧姆定律,电路中的电流与电阻成反比,因此电流变小,再根据其推理式:U=IR,就定值电阻R1来讲,其电流变小,则分压变少,电压表的示数要变小.至于电压表和电流表的示数之比,这显然是欧姆定律的一项重要应用——伏安法测电阻,这个比值正是定值电阻R1的阻值,即比值不变.
在上述分析中,学生要善于结合图形来分析电路结构,从而正确建立物理图景,并由此展开分析.考虑到初中生抽象思维能力尚在培养之中,为了引导他们合理建立图景,教师要经常性地以图形的方式来呈现相关条件,长久下去,学生不仅会适应这样的一种信息表征方式,他们也会强化相关技能,在自主分析和探索中也会有意识地画出图形,并用图形来分析问题.
3 独立思考是发展推理思维的支撑
思维独立性是非常重要的思维品质,不满从、敢质疑也正是物理研究者的基本素质.在当前物理教学中,我们倡导以探究式教学来建构课堂的原因并不仅仅是因为科学探究是物理学科核心素养之一,更是物理知识形成的可靠途径,也是推理思维等基本能力发展的重要平台.在一些物理课堂上,我们经常看到这样的现象:教师提出问题之后,就急不可待地看着学生,希望他们给出答案.这种姿态是严重错误的,物理问题的分析需要时间,严谨推理更要学生能够沉浸到问题的剖析之中,这才能得到较为深刻的研究结论,如果问题提出之后,学生就能快速得到答案,这样的问题还有提出的价值吗?因此,在教学中,教师提出一个有思维力度的问题之后,要将时间交给学生,让学生有充裕的时间进行分析和思考,只有通过独立思考,学生才能检索自己对知识的掌握程度,才能有效把握问题解决的一般思路.
例2 如图2所示,R1是定值电阻,R2是滑动变阻器,电源电压保持不变,当滑动变阻器R2的滑片P向b滑动时,以下说法正确的是( ).
A.电压表V的示数不变,电流表A1的示数变小,A2的示数变大
B.电压表V的示数变小,电流表A1的示数变大,A2的示数变小
C.电压表V的示数变大,电流表A1的示数不变,A2的示数不变
D.电压表V的示数不变,电流表A1的示数变小,A2的示数不变
在“欧姆定律的应用”教学中,这个例题显然有较大思维力度,教师在问题提出之后,要给予学生时间,让他们围绕问题展开分析和讨论.问题分析的基本思路是明确的,学生首先要对电路结构进行判断,如果比较生疏还需要自己绘制简化电路图,然后再结合结构的变动和调整来研究各种可能的变化,这里的每一步都需要时间,如果教师让学生在仓促之间就给出结论,这是非常不合适的.因此,为了让学生能够独立分析,教师不要提前介入学生的自主学习,教师完全可以让学生思考后进行相互讨论,这样既能有效兼顾学生思维的独立性,且能让他们在相互启发下激活推理思维,提高思维效率.经过分析,学生能够确认图2所示结构的电阻R1和滑动变阻器R2属于并联关系,电流表A1测定干路电流,电流表A2测定R1所在支路的电流,电压表V测定并联结构的电压.因此在调节过程中,电压表的示数就等于电源电压,不发生变化;滑动变阻器的滑片向右滑动,电阻变大,该支路电流变小,考虑到并联结构的电压不变,因此另一支路的电流不变,即A2的示数不变,A1对应干路电流要变小,答案选择D项.
4 注重“活動”是发展学生推理思维的径路
4.1 引导学生将思维活动和观察活动结合起来教师在指导学生进行各种观察活动时,一定要注重情境创设,要让学生自发地将思维活动与观察融合起来,只有这样,学生的观察才是真正的观察,否则就只是一种被动的“看热闹”而已.就像上述有关声音传播与介质之间关系的探索,教师先演示一个基础的实验,让有趣的实验现象激活学生的思维,让学生自发地思考:什么原因干扰了声音的正常传输?这也必然导致学生带着思维来进一步观察后续的实验,同时他们还能对前后不同的实验现象进行比较,这样的教学操作可以让学生活动更有效率,同时也能催生出观察成果.
无论是教师操作的演示实验,还是学生自主参与的实验操作,教师一定要指导学生对实验现象进行描述,因为描述最能激活学生的思维,也只有这样学生才能更加专注地进行观察,他们才能把握住实验过程中的信息,而且学生在进行表述的时候,必然也会对实验过程中的诸多现象进行分析和对比,如此学生的思维也将更加深度地参与其中,他们的认识也将更加深刻.
4.2 强调观察活动的目标意识
物理探究过程中的各项观察活动有别于学生日常生活中的一般性观察,教师一定要强调一种目标意识,即学生针对某项观察活动,一定要有具体的观察对象以及相应的观察任务,这样所展开的观察才更有效率.否则,漫无目的的观察只能是学生精力的一种浪费.
在关注学生推理思维发展时,我们要提醒他们结合具体问题展开分析,不能采用机械套用现成结论的方式来分析和解决问题,这能让学生避开思维定势的束缚之中,促使推理思维的灵活推进.
参考文献:
[1] 熊春玲.学生自主合作探究学习中存在的问题及对策——以“欧姆定律及其应用”教学为例[J].物理通报,2013(1):42-43.
[2] 吴燕,周颖华,秦松.人工智能在中学物理实验教学中的应用探究——以PWM智能调光灯验证欧姆定律为例[J].物理教学探讨,2020(2):70-72.
[责任编辑:李 璟]