在动量、冲量教学中培养学生的物理科学思维

陈 强

物理学科核心素养中的科学思维要求学生具有构建模型、科学推理、科学论证等能力．为了更好地培养学生的科学思维,教师应结合相关内容的物理教学,让学生在实验过程中自主构建物理模型,正确应用科学思维方法,进行科学的推理,找出规律,得出结论．

1 设计,构建模型

构建模型是基于经验事实构建理想模型．为了让学生更好、更快、更加方便地构建物理模型,教师可以结合动量、冲量实验展开教学,以此培养学生的科学思维,使学生形成良好的思维习惯．

例如,在教学高中物理“碰撞与动量守恒”中的“探究动量变化与冲量的关系”时,为了让学生更好地理解动量的变化和冲量的概念,笔者让学生设计习题去计算、去亲身体验．学生设计如下:在一个与水平面夹角为37°、足够长的斜面上,有一个质量为5kg的物体沿斜面滑下,物体与斜面间的动摩擦因数为0.2,求下滑2s时间内,该物体所受各力的冲量,以及该物体第2秒末的动量．学生先进行力的分析,发现该物体受重力、支持力、摩擦力,然后根据冲量公式I=Ft、动量公式p=mv进行计算,得到重力的冲量是100N·s,方向竖直向下;支持力的冲量是80N·s,方向垂直于斜面向上;摩擦力的冲量是16N·s,方向沿斜面向上;物体在第2秒末的动量是44kg·m·s-1．学生通过该问题的解决,加深了对动量和冲量的理解,培养了科学思维．

习题设计是构建物理模型的一种方式,而构建模型是良好运用科学思维的第一步．构建模型能够让学生对科学思维有一个初步的认知,体验依据经验事实构建物理模型的抽象概括过程,深刻感受物理科学思维的严谨性和合理性,提升逻辑思维水平．

2 类比,发现规律

学生在进行严谨的物理实验之后,可以让学生通过类比提出动量、冲量以及动量定理的概念,“自然而然”地发现物理规律．这个过程是学生分析综合、推理论证的过程,有助于科学思维的内化．

仍以“探究动量变化与冲量的关系”教学为例,为了让学生更好地理解动量的变化与冲量的关系,笔者让学生设计了上述物理情境并通过计算发现竖直向下的重力的冲量100N·s和垂直于斜面向上的支持力的冲量80N·s以及沿斜面向上的摩擦力的冲量16N·s的矢量和就是该物体的动量的变化量44kg·m·s-1．然后让学生变换不同情境,例如分析在水平面上受到恒力的物体的动量变化与冲量的关系,学生会发现在类似的情况下动量的变化就是该物体所受外力的冲量的矢量和．通过这样的分析,学生找到了物理现象中蕴含的核心规律，有效锻炼了学生的分析综合、归纳总结的能力,进一步提高了学生的科学思维．

类比进而发现规律的探究过程是学生锻炼自身分析能力、逻辑思维的过程．学生通过自身的逻辑思维过程来发现物理规律就是一次体验,通过这种体验,学生对物理规律的认知和理解进一步加深,可以更好地应用和解答相关物理知识和问题．

3 迁移,实现进阶

学生在学会恒力的动量和冲量的计算规律以后,我们可以尝试引领学生进行规律的迁移:将恒力的计算规律迁移到变力的计算中,实现思维的进阶．这也是锻炼学生科学思维的机会,可以帮助学生建立自主学习的思维习惯．

例如,在教学高中物理“碰撞与动量守恒”中的“探究动量守恒定律”时,笔者并没有直接告诉学生动量守恒定律是什么,而是通过探究过程让学生一步一步认识这个规律．学生通过实验、分析、综合得出物体动量的变化就是物体所受力的冲量的矢量和,而这个规律是在恒力条件下得出的,为了实现规律的进阶,学生会想到变力条件下是否还符合这个规律．学生进行验证后发现在变力的条件下依然适用,这个时候再向学生提出动量守恒定律,学生会更容易接受、理解和消化．学生的科学思维也通过这一过程获得了提升,实现了思维上的完善．

学生在学习过程中会重复进行构建模型、分析综合、推理论证、发现规律的过程，这对于学生的科学思维是反复的锻炼和检验,有助于学生对科学思维进行巩固和矫正,让学生的理性思维和逻辑思维得到充分发展．

结合动量、冲量实验来培养学生的科学思维，既不会引起学生对于物理学习的反感,更可以通过实验给学生打开一扇新的大门,引起学生对物理的兴趣,让学生通过实验来养成理性而严谨的科学思维,促进学生物理学科核心素养的提升．