摘 要：對物理概念的學習是物理觀念形成的重要組成部分，科學思維是培養學生物理學科核心素養的關鍵要素，任何物理概念的形成都離不開物理思維。以高中物理“向心力”的教學為例，提出通過創設真實的物理情境、經歷物理概念的建立過程、親歷科學探究的過程、設置開放性的實踐作業等，促進學生科學思維水平的發展，進而有效提升學生的物理學科核心素養。
關鍵詞：高中物理;概念教學;科學思維;向心力
《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱《課標》)指出：“發展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一，教師引導學生經歷物理概念的建構過程和物理規律的形成過程，是發展科學思維的重要途徑。”《課標》將科學思維水平劃分為五個等級，如表1所示。
物理概念是客觀事物的共同屬性和本質特征在頭腦中的反映，是物理事物的抽象，也是觀察、實驗和物理思維的產物。對物理概念的學習是物理觀念形成的重要組成部分，也是中學物理知識中最基礎、最重要的內容。物理概念的學習在整個物理學習中處于核心地位，任何物理概念的形成都離不開物理思維。因此教師在進行物理概念的教學時，必須引導學生通過運用分析、比較、抽象、概括、科學推理等多種物理思維方法，抓住事物的共同屬性和本質特征，由此可使學生形成正確的物理概念。
向心力是圓周運動學習中需要掌握的核心概念。在建立這一概念的過程中，筆者引導學生經歷了“體驗—質疑—論證—概括—分析—探究—總結”等一系列認知過程，從感性認識到理性認識，從定性到定量，從勻速圓周運動到變速圓周運動，使學生逐步深入理解了該概念，進而提升了學生的科學思維水平。
一、創設生動恰當的物理教學情境，培養學生的形象思維能力
物理形象思維是運用物理直觀、具體、生動的形象材料，通過事物的形象特征認識事物的內容、本質，并做出某種判斷的科學思維，也是通過表象、直感、想象等形式進行的思維。在物理概念教學中，創設能體現物理概念本質特征的情境，可以拉近學生和物理知識之間的距離，為學生提供充分的感性認識，進而可提升學生的形象思維能力。
在本節課課前，教師讓學生設計并制作了能讓乒乓球做圓周運動的簡易教具。該簡易教具是介于實物和理想物理模型之間的形象思維材料，也是學生將生活中的實際問題轉化成物理問題并建立物理模型的“橋梁”。學生通過設計實驗方案和動手制作教具，將生活圖景轉化成具體、生動、形象的物理問題情境，如此可有效提升學生的形象思維能力。
教學片段1觀察圓周運動——引入新課
學生活動1：小組展示乒乓球的圓周運動
師：為什么這些不同模型中的小球都能沿圓周運動，而不是沿直線飛出去呢?
生1：有細繩拉著。
生2：有桿拉著。
生3：有軌道(擋著)。
……
師：如果沒有這些繩、桿或軌道，小球能做圓周運動嗎?請同學們試試看，在球運動的過程中，松開細線或取走軌道，觀察小球的運動情況。
師：哪位同學能描述一下你所觀察到的現象?
生4：松開細線后，小球不再做圓周運動。
生5：取走紙筒后，小球不再做圓周運動。
師：結合剛才的觀察和實驗，我們能得到什么結論呢?
生：物體做圓周運動時，一定有一個指向圓心方向的力拉著。
師：那么這個力的方向和大小有什么特點呢?下面我們繼續討論……
設計意圖：感性認識不足，通常會成為學生學習物理概念的主要障礙。為了使學生更好地建立和掌握物理概念，教師需要創造一個恰當的物理情境，以此引導、啟發學生發現問題、思考問題、探索問題。不同的學生有不同的生活經歷，熟悉不同情境的圓周運動，例如跳跳球模型、竹蜻蜓模型、過山車模型、洗衣機滾筒模型等等，學生在設計、動手制作、展示和觀察這些模型的過程中，可形成生動、真實的問題情境，進而可通過形象思維，對生活中常見的圓周運動進行初步分析，由此可對向心力產生較為充分的感性認識，進而可引出本節課討論的主題——向心力。在本環節中，學生能說出一些常見的簡單物理模型，并對其做出初步分析，這達到了科學思維水平層級1的要求。
二、讓學生經歷概念的建立過程，培養學生的抽象概括思維能力
概念是抽象思維的基本形式，也是抽象思維的成果。在建立物理概念的過程中，教師要引導學生在感性材料的基礎上，用分析、比較、抽象、概括等思維方法抓住事物的主要特征以得出概念。
人教版必修2教材是這樣定義向心力的：做勻速圓周運動的物體具有向心加速度，根據牛頓第二定律，產生向心加速度的原因一定是物體受到了指向圓心的合力，這個合力就叫做向心力。有些教師在教學時照搬教材直接給出向心力的定義，然后開始做練習題找向心力的來源，這樣做忽視了學生物理概念的建立過程，導致學生不能深刻理解向心力的概念。對此，筆者在教學中細化了向心力這一核心概念的建立過程，指導學生分析了三種不同的模型，并歸納總結出各自合外力的共同點，由此抽象概括出向心力的概念，取得了較好的教學效果。
教學片段2 向心力的定義
師：我們先分析物體做勻速圓周運動時的受力情況。忽略摩擦力和空氣阻力的影響，剛才第①、③、⑦組中的小球可近似看做勻速圓周運動，請同學們再次仔細觀察(視頻展示)，并解答以下四個問題：
(1)分別畫出模型①、③、⑦中球的受力分析圖。
(2)分析小球所受的合力。
(3)畫出小球在任意位置的速度方向及合力方向。
(4)總結做勻速圓周運動的物體所受合力的特點。
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