借助学科思想方法 实现“教人以渔”

刘文慧

我国有句古话：授人以鱼，只供一饭之需，教人以渔，则终生受用。这是我国古代先哲对于教育的认识。著名的现代教育家陶行知先生说过，我以为好的先生不是教书，乃是教学生学。德国教育家第斯多惠曾说过，一个坏的教师奉送真理，一个好的教师则教人发现真理。古今中外的教育家都在倡导教学工作的目的应该是教会学生学习，发展学生的智力，为学生的可持续发展奠定基础。

具体到物理学科的教学工作，课程标准也明确了高中物理教学的目标，即全面提高学生的科学素养。

物理的学习对于学生来说是一种思维方式的训练。物理学在长期的发展过程中，形成了一整套研究问题和解决问题的科学方法，这些方法不仅对物理学的发展起了很重要的作用，而且对其他学科的发展产生了一定的影响，它是辩证唯物主义哲学的重要基础，深刻影响着人们的思想、观点和思维方式。教师在传授物理知识的同时更重要的是要传播一种科学的思维方式，它对塑造学生的思想有着很重要的意义，对学生终身学习和发展都会有深远的影响。

在高中物理的教学中，重要的思想方法有很多，例如，极限思想、类比思想、建模思想、宏观与微观、数学方法的应用，等等。可以从常态教学与选修课两个方面进行渗透，将这些思想方法有效地传授给学生。

常规教学中的学科思想方法教学

教师在进行教学设计时要关注两条线索，一条明线——知识的脉络;一条暗线——思想方法的脉络。教师要对中学阶段物理学涉及的思想方法有系统性的认识，要有针对思想方法的教学计划。教师要认真地思考和计划，让学生在学习物理知识的同时，对相应的学科思想方法逐渐由认识到理解，再到能够应用。

1.极限思想

极限的思想是近代数学的一种重要思想，它揭示了变量与常量、无限与有限的对立统一关系，是唯物辩证法的对立统一规律在数学领域中的应用。借助极限思想，人们可以从有限认识无限，从“不变”认识“变”，从直线形认识曲线形，从量变认识质变，从近似认识精确。

学生在高中第一次认识极限思想是在学习变速直线运动的瞬时速度时。由于速度是变量，用V=无法解决。为此，牛顿先将一小段时间Δt内的变速运动看作是匀速运动，用路程Δx与时间Δt之比Δx/Δt表示运动物体的平均速度，让Δt无限趋近于零，得到物体的瞬时速度。这就是借助于极限的思想方法，从“不变”来认识“变”的。

这一次教学结束后，学生对极限思想似懂非懂，即使听明白了，也不知道“让Δt无限趋近于零”如何操作。

第二次理解的机会是研究匀变速直线运动的位移。研究方法是将匀变速直线运动的v-t图像按相等的时间间隔分割开来，将每一个Δt内的变速运动近似看作直线运动，当Δt无限趋近于零，无数个矩形面积之和逐渐接近于v-t图线与时间轴围成的梯形面积。

在这一次学习过程中，学生体会了用几何的方法做到“让Δt无限趋近于零”之后的运算过程。

接下来的实践机会是探究弹性势能表达式的过程中弹簧弹力做功的计算。当学生画出来弹力随位移变化的图像后，不少人都意识到眼前的问题与研究匀变速直线运动的位移是非常相似的，利用求面积的方法计算出弹力做的功。

在这两个数学形式非常相似的情境之后，是一个比较抽象的实践机会——理论推导动能定理。

教学过程中，当完成了第一环节恒力作用过程的分析之后，引导学生思考目前结论的适用范围，变力作用下的直线运动是否适用？如果是曲线运动呢？有了前面学习过程中的训练，很多学生都能想到利用无限分割的方法，将复杂的研究过程分割为无数个可以看作恒力作用的直线运动过程，经过标量累计之后会得到相同的结论。

另一次完全不同的经历是在电学学习中有关电容器的教学。教学中可以用电流传感器采集电容器的充电电流，对比几幅充电过程的i-t图像，学生能够从中比较出电容器容纳电荷量的多少。这是应用极限思想解决不规则图像的实践。

2.类比思想

类比是指在新事物同已知事物间具有类似的方面作比较。类比法是人们所熟知的几种逻辑推理中，最富有创造性的。科学史上很多重大发现、发明，往往发端于类比，类比被誉为科学活动中“伟大的引路人”。

尽管类比不能替代论证，但可以为理解新知识、概念和规律提供依托，是一种从特殊到特殊的科学方法，类比法在物理学中有着广泛的应用。

在物理学的发展过程中，科学家在不断地将未知事物与已知事物进行类比，从而获取对新事物的认识。在对光的本性的认识过程中，牛顿观察到光的反射现象与弹性小球撞到硬壁被反射回来的现象相似，提出了微粒说;惠更斯研究发现，光从一种介质传到另一种介质中发生折射的现象与水波由深水区传到浅水区发生折射的现象相似，提出了波动说……

对于高中阶段的学生，教师可以指导他们将相似的概念、规律进行比较，比如，学习电势能时可以用重力势能作为铺垫，学习动量定理时可以用动能定理帮助理解，在这样的比较过程中就可以达到用熟悉的知识帮助理解陌生的知识，用形象的知识帮助理解抽象的知识的目的，减小学生对知识记忆的压力，同时让学生去体会自然规律的统一、和谐和简单之美。

选修课中的学科思想方法教学

除了课堂教学之外，可以利用选修课，打破章节的限制，将同一思想方法在不同领域的应用集中在一起，淋漓尽致地展现学科思想方法在物理学发展和研究中的重要推动作用。

1.物理问题中的数学知识

数学是表达物理学的语言。然而，我们的学生习惯将学科间画出严格的界限。因此，我在课程中设计了几个有关物理问题中的数学知识的专题，包括几何知识、图像法、函数、归纳法。

在几何知识应用于物理学的这个专题中，最为经典的当属古希腊先贤利用几何学推算太阳大小的案例。在这个案例中，学生感受到几个简单线条组成的图形中所蕴藏的大智慧、大奥秘，体会到几何知识对于物理研究的推动作用。

具体到几何知识在高中物理中的应用，通过学生熟悉的力学、电磁学和光学的经典案例，共点力平衡问题、带电粒子在磁场中圆周运动问题以及几何光学的问题的分析，让他们体会物理学中的几何规律。

例如，共点力平衡问题中，合力与分力的关系可以用平行四边形或三角形表现，利用图形形状的变化可以判断力的大小和方向的变化，特殊情况下还可能用到勾股定理、三角函数，甚至是相似三角形的相关规律，数学形式可谓丰富多变。

2.物理现象中的宏观与微观

对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从微观角度对宏观现象做出解释，从而更加深刻地理解其物理本质。

高中物理中可以从这样两个角度进行审视的问题还真不少，例如分子动理论的建立过程，电流的微观解释，磁现象的电本质，动生电动势的产生原理，等等。选修课上将这些案例集中展示，让学生体会到从微观的视角去探寻宏观现象的本质是自然科学研究的必然方向，它不仅仅适用于物理学，同样适用于化学和生物学。

例如，对电磁感应现象中动生电动势的产生原理的分析，宏观角度是法拉第电磁感应定律的应用，微观角度有两个不同的方法。一是从洛伦兹力作为非静电力搬运电荷用电动势的定义进行推理，二是由部分导体在磁场做切割磁感线运动导致电荷重新分布形成电场，最终自由电荷在电场和磁场中达到动态平衡进行分析。这两个微观视角的研究更加本质地阐明了动生电动势产生的原因。

物理课程的教育目标不仅仅是传授物理知识、讲授物理规律，而是要在传授知识的同时完成更为丰富的学生培养任务，如提升学生探索兴趣及能力，培养良好的思维习惯与创新意识，树立正确的科学观。作为教师，我很清楚，物理知识只是载体，努力挖掘知识背后的思想方法、人文科学，才能带着学生去认识更为丰富的世界，促进学生的自我完善和提升，为学生的可持续发展奠定基础。

在快餐文化充斥的今天，求学路上的学生也变得极其没有耐心，他们迫不及待地想要知道结论，不愿意去经历和体会探寻结论的过程。这就需要我们教师寻找一切机会阐述和展示学科思想方法的重要性，一点一点渗透、推进，推动学生从更高的视角——学科思想方法的角度去俯视物理学，让他们明白自己在物理学习的过程中不仅收获了物理知识，更重要的是收获了可以让他们走得更远的思想方法。

参考文献：

1.朱龙祥编.物理教学思维方式.北京：首都师范大学出版社，2000.

2.阎金铎，田世昆编.中学物理教学概论.北京：高等教育出版社，2003.

3.廖伯琴等编.中学物理教程改革的目标与实施.北京：高等教育出版社，2003.