物理教学用好“问题”  培养学生科学思维

四川省乐山市沐川县教师进修学校   牟  林

科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同信息、观点和结论进行质疑和批判，予以检验和修正，进而提出创造性见解的品格与能力。教师在培养学生物理观念和进行科学探究的同时，可充分利用教材、试题等资源，结合教学情景和学生思维水平，巧妙设问、追问、反问等来培养学生科学思维。

一、巧用问题多变，培养学生辩证思维

案例一  运动需不需要力来维持

人教版八年级（下）第八章第一节图8.1-1“哪个说法正确”，抛出截然相反的两个观点：“运动要靠力来维持？”“运动不需要力来维持？”

学生凭生活经验：我推车，车前进，我不推了，车停止运动，所以多数学生认为“运动需要力来维持”的观点好像是正确的。伽利略实验分析又得出：“物体运动不需要力来维持，运动的物体停下来是受到阻力的作用”，即“停止运动需要受到阻力”。 “运动不需要力来维持？”学生一想这观点好像也是正确的。

此时，教师就需要引导学生辩证思考，看似乎矛盾的两个观点，它们有内存的联系，都是在研究力的作用。第一种情况中力的作用是让物体“静止→运动”，第二种情况中力的作用是让物体“运动→静止”，其本质“力是改变物体运动状态的原因”。 通过辩证思考，学生困惑的问题就解决了。

案例二  复习浮力与压强

一个边长为10cm、重为8 N的正方体木块轻放入水中，处

于漂浮状态时有露出水面（如图甲），已知。

求：（1）木块所受的浮力；（2）木块底部受到的液体压强；（3）

若在木块上放一砝码使得木块刚好完全浸没水中（如图乙），则

砝码的重为多少牛？

在教学中，可分四步来进行，1.学生先自主练习完成此题；2.

每一个小问都用两种方法来解；3.若在木块下方固定一细线拉住木

块刚好完全浸没水中（如图丙），则绳子对物体拉力为多少牛？4.

木块轻处于漂浮状态时有1/4露出水面，再求（1）（2）（3）个问题。

这样，通过将问题多变，让学生看事情不只看现象，要透过现象去挖掘事物本质，培养学生辩证思维的同时，也培养了学生实事求是的科学作风，让学生思维理更变通、更理性。

二、设置正反问题，培养学生逆向思维

案例一  凸透镜对光有会聚作用

师：通过实验，大家发现了凸透镜对光有会聚作用，且与主光平行的光线能会聚于主光轴上一点，这个点叫透镜的焦点。大家尝试画出光路图。师：我们猜一猜，若反过来，将光源放在凸透镜的焦点上，光源发出的光经过凸透镜又将怎样射出呢？生：估计会与主光轴平行射出。师：你猜想的依据呢？生：因为光路具有可逆性，光的反射与折射时都遵循这一规律。生：其实光经过透镜就是折射。学生实验验证猜想，并画出光路图。这一教学过程是先通过观察实验得出结论，画出光路图，再设置反面问题，让学生根据已有的知识逆向思维，得出结论并验证。

案例二  分析浮力产生的原因

在分析浮力产生的原因时，人教版物理八年级（下）第十章第一节是这样说明的：研究浸没在液体中的长方体，两个相对侧面所受液体的压力相互平衡，F_前=F_后，F_左=F_右，对物体在水平方向的运动无影响。长方体上、下表面处的深度关系为：h₂＞h₁；长方体上、下表面处的压强关系为：p₂＞p₁；长方体上、下表面的面积关系为：S₂=S₁；长方体上、下表面受到液体对它的压力关系为：F₂＞F₁；长方体受到的浮力为上下表面压力之差：F_浮=F₂－F₁。

教学时可这样处理：整体入手，从结果倒推寻找原因，培养学生逆向思维。要分析长方体木块浮力产生的原因，我们就要分析长方体木块的受力。除开重力，其余受到的都是液体对它的压力。前后左右四个面受到水的压力相等，因为液体深度相等，两两面积也对应相等，故F_前=F_后，F_左=F_右，相互平衡，与浮力产生无关。浮力方向竖直向上，说明浮力产生只与上下表面受到的压力有关，F_浮=F_合=F₂－F₁＞0，方向竖直向上。F₂＞F₁，是什么原因呢？（p₂＞p₁，S₂=S₁）p₂＞p₁又什么原因呢？（h₂＞h₁）总结：浮力产生的原因是液体对物体上下表面存在压力差。

通过以上教学设计，一方面能深化学生对基本概念、规律的理解和应用，实现学生对物理概念认识的第二次飞跃。另一方面，培养了学生逆向思维的习惯，让学生的思维变得更流畅、更独特。

三、问题链条设置，调动学生深度思维

案例一  马德堡半球实验验证大气压的存在

实验1：请两同学上台，拉开实验室里的马德堡半球。（现象：轻松拉开）

实验2：用抽气筒抽掉一部分空气，再请这同学来拉。（现象：用尽全身力气没有拉开）

问题与思考①：为什么拉不开？（生：空气有压力）

问题与思考②：有什么办法打开它吗？（生：放气，减小空气压力）

实验3：放出一部分空气，让这两同学再来拉。（现象：轻松拉开）

问题与思考③：谁给了球的压力？这压力来源于球内部还是外部？能不能拉开决定于压力大小还是压力差大小？

请一个同学来解释刚才的现象是什么原理？（外部空气对球的压力大于内部空气对球的压力，压力差大，拉不开。放了气，内外大气压相等，对球内外压力相互抵消，轻松拉开）

通过三个实验，三层设问，一个解释，层层深入调动学生深度思考。

案例二  复习摩擦力

如图所示，物体A和B叠放在一起放在水平地面上，在大

小为F的恒力作用下，沿水平面做匀速直线运动，则：

1.图中物体A所所受的摩擦力是多少大？你是如何思考的？

（A处于相对静止的状态，在水平方向受拉力F和B对它的摩擦力作用，根据二力平衡条件可知f＝F，即A物体所受的摩擦力大小为F）

(2)物体B在水平方向的受力情况又是如何的呢？（B物体做匀速直线运动，受到A物体对它的摩擦力和地面对它的摩擦力均为F，此二力平衡）

(3) 以AB整体为研究对象，在水平方向受到的力又是如何的呢？（以AB整体为研究对象，在水平方向受地面的摩擦力和拉力F，这两个力相互平衡，则f＝F，B物体受到地面对它的摩擦力均为F）

（4）若如图所示，物体A和B叠放在一起放在水平地面上，在大小为F的恒力作用下，沿水平面做匀速直线运动，则：图中物体A所所受的摩擦力是多少大？你是如何思考的？ （乙图中，AB同时向前做匀速直线运动，所以AB之间没有相对运动的趋势，A不受摩擦力的作用，A物体在水平方向没有力的作用，A物体所受的摩擦力为0）物体B在水平方向的受力情况又是如何的呢？（B做匀速直线运动，故在水平方向受到平衡力作用，地面对B的摩擦力等于拉力大小f＝F）

(5) 以AB整体为研究对象，在水平方向受到的力又是如何的呢？（以AB整体为研究对象，在水平方向受地面的摩擦力和拉力F，这两个力相互平衡，则f＝F， B物体受到地面对它的摩擦力均为F。

（1）（2）小问的设置，是将A和B作为一个独立物体进行状态分析和受力分析。（3）小问，是将A和B作为一个整体来分析，一方面培养学生整体和综合的观念，为高中的进一步学习打好铺垫。（4）（5）问题链的跟进，让学生对物理知识的理解和科学思维的提高都上了一个台阶。

四、剖析图象问题，培养学生抽象思维

案例一  电学中的U—I图象

标有“6V  3.6W”字样的小灯泡和其他的电学元件连成电路，如图1。当只闭合开关S₁时，滑动变阻器滑片P从右向左滑动的过程中记录下电压表示数U₁和电流表示数I，并绘制出对应的U₁—I图像（如图2），且当滑片滑至最左端时小灯泡正常发光。已知定值电阻R₀=，求：

（1）电源电压U；

（2）小灯泡正常发光时的电阻R_L；

（3）当S₁、S₂、S₃均闭合，且滑动变阻器滑片处于中点位置时，整个电路消耗的电功率P。

问题1  观察图2，当电路中电流为0.2安时，电路实际连入的用电器有哪些？画出简化电路图。

问题2  观察图2，当电路中电流为0.6安时，电路实际连入的用电器有哪些？画出简化电路图。

问题3  此题中，我们隐含了一个条件，小灯光的电阻是_______的（选填“一定”或“变化”）。你是怎样思考的？

教学时通过设置三个关键问题来剖析图象，让学生通过读图象，将动态电路问题转化成了静态电路问题，进而深入挖掘题中隐含条件，充分调动学生抽象思维。

综上所述，教师在培养学生习得物理知识的同时，要教会学生学习方法，培养学生科学思维。通过问题的反问、巧问、串问、深问等，可让学生深入认识事物内在规律，培养学生逆向思维、辩证思维、深度思维和抽象思维，从而提高学生抽象概括能力、分析综合能力、推理论证能力和质疑创新能力。