研究性學習與高中物理習題教學的和諧共振

丁 萍

摘要:研究性學習是一種課程形態,通過研究性學習學生可以掌握基本的研究方法,從而培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力,形成初步的科學精神和科學態度。本文通過將研究性學習方式引入習題教學的過程探討,提出了改變高中物理教學過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀的方法。

關鍵詞:習題;研究性學習

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1003-6148(2009)11(S)-0032-3

研究性學習是一種新的課程形態,是指“讓學生以自主性、探索性學習為基礎,從感興趣的社會科學、自然科學以及生活中選擇研究專題,以個人或小組合作的方式進行研究,讓學生掌握基本的研究方法,從而培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力,形成初步的科學精神和科學態度”。

新課程標準要求高中物理教學改變過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀,倡導學生的主動參與、樂于探究、勤于動手,培養他們收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。所以除了從課程形態來理解和實施研究性學習以外,廣大教師也應將研究性學習看成是一種有效的學習方式和學習過程。

習題教學是高中物理課堂教學的重要環節,一個好的習題,就是一個與現實生活緊密聯系的科學問題,學生解題的過程就是一個研究性學習的過程,學生要真正能落實新課程的教學目標和人才培養方針,習題教學就應跳出傳統套路,與研究性學習產生和諧共振。

1 引研究性學習中的信息處理方法于審題環節中

研究性學習要求學生獲得的信息素養是一個綜合性概念,不僅僅包括收集、獲取各類信息、各種知識的能力等一般工具性能力,更要通過對

收集到的信息與知識進行個體化的整合與加工,通過自主、合作探究,提出有創造性的分析問題與解決問題的思路或想法,這也是一種核心能力。高中物理習題中包含許多的信息,有的是以數據的形式出現、有的是通過圖線(圖表)反映出來、還有的是隱藏在字里行間。除了從題中得到信息外,學生還需要從大腦中提取更多的知識、方法、規律等各種信息,通過對這些信息的整合和利用才能順利解決問題。

案例1圖1(a)所示為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩,下端拴一小物塊A,上端固定在C點且與一能測量繩的拉力傳感器相連。已知有一質量為m0的子彈B沿水平方向以速度v0射入A內(未穿透),接著兩者一起繞C點在豎直面內做圓周運動。在各種阻力都可忽略的條件下,傳感器測得繩的拉力F隨時間t的變化關系如圖1(b)所示,已知子彈射入的時間極短,且圖1(b)中t=0為A、B開始以相同速度運動的時刻。根據力學規律和題中(包括圖)提供的信息,就反映懸掛系統本身性質的物理量及A、B一起運動過程中的守恒量,你能求得哪些定量的結果?

此題是一道開放性試題,考查考生提取新信息、探索性分析問題和解決問題的能力。本題要求學生從試題所給的F-t關系圖中獲取定量的信息,并且能夠與所給的懸掛系統的運動狀態對應起來(如下表1),從而得到反映懸掛系統本身性質的物理量及A、B一起運動過程中的守恒量。表1 對應信息及運動狀態表

圖中信息信息初步處理從頭腦提取相關信息

子彈射入AL表示繩長;初速設為v0;v1表示B陷入A內A、B的共同速度。提取動量守恒定律的條件得:m0v0=(m0+m)v1

t=0時F最大 F1=F璵A、B一起 運動到最低點時。提取牛頓第二定律得:F1-(m+m0)g=(m+m0)v12L

F=0的時刻A、B一起運動到最高點時。向心力完全由重力提供:(m+m0)g=(m+m0)v22L

結合從最低點到最高點過程,由機械能守恒定律得:

(m+m0)gL=12(m+m0)v22-12(m+m0)v12;

由以上信息可解得,反映系統性質的物理量是A的質量、繩長:

m=F璵3g-m0,L=9m02v02g2F璵2;

A、 B一起運動過程中的守恒量是機械能E,若以最低點為勢能的零點,則:

E=12(m+m0)v12=3m02v02g2F璵。

2 融研究性學習流程于解題過程中

圍繞一個研究性學習課題的研究過程,通常需要學生回答5個方面的問題:(1)什么是研究課題?(2)我研究的課題是什么?(3)怎樣書面陳述解決問題的步驟和方法?(4)怎樣收集和分析數據?(5)怎樣書寫結題報告?而一個習題的解決過程也要經歷吸引、提取、猜想、設計、探索、結論、交流、拓展等過程。

案例2 某鋼繩所能承受的最大拉力是4×104N,如果用這條鋼繩使3.5t的貨物勻加速上升,則物體在7s內發生的速度改變不能超過多少?

此問題是高一新生剛學完牛頓定律后結合運動學知識的綜合應用題。雖然不是難題,但在教學過程中應指導學生采用研究式學習模式,體驗習題探究的過程,如圖2:

這個過程展現了解決問題的研究步驟,教師不是將現成結論告訴學生,而是學生自己在教師的指導下自主發現問題、探究問題、獲得結論。

3 移研究性學習成果形式于解答表述中

在研究性學習結題階段,學生要將取得的收獲進行歸納整理、總結提煉,形成書面和口頭報告材料。物理習題解答的表述過程是學生綜合應用知識、規律及方法表述研究成果的過程,表達地方式也可以多樣化:除了文字解答、實驗報告、討論交流、質疑提問等,還可以設置展板、出墻

報、編刊物(包括電子刊物)等。為了使學生能順利交流表達,在剛開始運用研究性學習方法進行習題教學時,可設置如下流程(圖3)供學生參考,要求學生不僅僅是表述解題過程,更重要的是和同伴們交流研究思考的過程:

案例3 (如圖4所示)質量為M的小車A左端固定一根輕彈簧,車靜止在光滑水平面上,一質量為m的小物塊B從右端以速度v0沖上小車并壓縮彈簧,然后又被彈回,回到車右端時剛好與車保持相對靜止。求在該過程中,彈簧的最大彈性勢能E璓和全過程中系統摩擦生熱Q各是多少?

教師可引導學生圍繞問題——全過程中彈簧的最大彈性勢能和摩擦生熱的計算,表述研究成果:

確定了解決問題的策略后,學生接著交流計算過程:全過程系統動量守恒,小物塊在車左端和回到車右端兩個時刻,系統的速度是相同的,即:mv0=(m+M)v;第二個過程的初、末態系統動能相同,彈簧的最大彈性勢能E璓恰好等于返回過程的摩擦生熱。而往、返兩個過程中摩擦生熱是相同的,所以E璓是全過程摩擦生熱Q的一半。又因為全過程系統的動能損失應該等于系統因摩擦而增加的內能,所以ΔE璌=Q=2E璓。

而ΔE璌=Mmv022(M+m),

∴E璓=Mmv024(M+m),

Q=Mmv022(M+m)。

實踐中我們發現:在進行研究性學習的習題教學過程中,不同觀點的碰撞,不同思路的啟發,使凝固的知識被激活了,學生的探究能力大大提高了,學好物理的信心增強了,解題的過程呈現出了豐富多彩的形式。

參考文獻:

[1]王升.研究性學習的理論與實踐[M].北京: 教育科學出版社,2002.7

[2]鐘啟泉.研究性學習理論基礎[M].上海: 上海教育出版社,2004.12

(欄目編輯鄧 磊)