教師如何對待學生在物理學習中的疑問

朱偉杰

(杭州外國語學校,浙江杭州 310023)

學生在物理學習的過程中,免不了提出很多的疑問,作為物理教師,無論在課上還是課后,常要面對這些疑問、解決這些疑問.教師如何對待學生的這些疑問,關系到促進良好師生關系的形成,關系到增強學生學習物理的興趣和自信,關系到提高學生物理學習成績和創造力,這是一個值得深入探討和實踐的問題.

1 教師對學生提出疑問應持“肯定”態度

1.1 “肯定”體現以人為本的理念

每個學生都具有自己的個性特點,在學習中會有各種各樣的疑問,教師應充分尊重學生個體,無論哪個學生提出疑問,無論學生提出怎樣的疑問,教師都應持“肯定”態度.“皮格馬利翁效應”告訴我們,信任和期待是一種力量.教師對學生個體所表現出的敢疑敢問予以充分的肯定和激勵,能使學生由此產生成就感,更好地認識到自身的價值,有利學生個性發展.

1.2 “肯定”有利培養學生的創新精神

問題意識是創新的一個重要方面,發現疑問和提出疑問常常意味著創新的開始,沒有疑問的發現和探究也就談不上創新了.教師對學生提出疑問持“肯定”態度,有利保護學生的提問熱情,也就是在一定程度上悉心呵護著學生創新的嫩芽.

1.3 “肯定”有利創設教學相長的氛圍

韓愈在《師說》中說:“弟子不必不如師,師不必賢于弟子”,很多時候學生提出的疑問值得我們對疑問本身和教學重新審視,因此也促進了教師的專業成長.相反,如果教師出于狹隘的師道尊嚴,如怕被學生問住、面子上不好看而不喜歡學生“打破砂鍋問到底”,錯誤地認為學生在課堂上與教師爭辯問題是對自己的冒犯和不尊重、會降低自己的威信,就會導致師生關系的冷漠,不利教學相長.

2 教師應重視分析學生產生疑問的原因

學生產生疑問的原因很多,教師需要對學生產生疑問的原因進行深入分析,這樣才能更好地切中疑問要害,在解決疑問和改進教學中起到事半功倍的效果.在教學中,我們發現有些疑問的產生原因比較常見.

2.1 學生對已學概念、規律的理解不夠清晰導致的疑問

物理學科是對概念、規律的理解、應用要求較高的學科,很多時候,學生新課已經學過、甚至教師認為已經非常強調的一些知識點,學生仍然會出錯,因而會有疑問,這樣的疑問,有時會被教師認為是學生不夠認真導致,或者被教師誤認為多操練就能解決.事實上,疑問中有一些學生理解上的“暗雷”,如果不排除這些“暗雷”,隨時會“爆炸”,因此,教師要重視和善于發現疑問所反映的學生對物理概念和規律理解上的偏差和錯誤,找到排除“暗雷”的突破口.

例 1.如圖 1所示,陰影區域是質量為 M、半徑為R的球體挖去一個小圓球后的剩余部分,所挖去的小圓球的球心和大球體球心間的距離是求球體剩余部分對球體外離球心O距離為2R、質量為m的質點P的引力.

圖1

很多學生會通過杠桿平衡的知識,找出陰影區的質心,然后把質心和質點P之間的距離作為萬有引力公式中兩質點間的距離計算引力.

如果告訴學生應該求補全的大球與質點P的引力減去挖去的小球與質點P的引力的正確解法,學生仍會疑問他們的解法為什么是錯誤的?

如果教師對學生的疑問深入分析,可以發現原因:(1)缺乏實際物體看成(質點)模型的理想化過程,對于“只有對均勻球體才可將其看作是質量全部集中在球心的一個質點”這個結論,高中學生只是接受不會推導沒有體會!(2)把物體質心(重心)的概念和質點模型的概念混淆,而且均勻球體的質心就是球心,也是計算引力時質點位置,事實上給學生以找到質心就找到質點位置的錯覺.

2.2 教材編寫或者習題編制不妥、錯誤導致的疑問

學生的疑問,有時是因為教材編寫或者習題編制出現了不妥甚至錯誤,而學生的知識水平尚不能判斷其不妥或錯誤,加上學生大多對課本和參考書權威信不大會懷疑,有時就會產生疑問,這樣的疑問,就是我們教師也不一定會發現.

例2.人教版高中物理教材第3-4頁上說:“同學們可能注意過這樣的現象:當一輛汽車響著喇叭從你身邊疾駛而過的時候,喇叭的音調會由高變低,好像汽車駛來的時候唱著音符“i”,離開的時候就唱音符“7”了”,又“1842年,……在鐵道旁散步時就注意到了類似的現象,發現波源和觀察者互相靠近或者互相遠離時,觀察到的波的頻率都會發生變化,并且做出了解釋.人們把這種現象叫做多普勒效應”.

學生提出這樣的疑問:前一段話說的是駛來和離開我們各聽到某個頻率“i”或“7”(恒定的!),后一句話說“互相靠近或者互相遠離時,觀察到的波的頻率都會發生變化”,究竟該過程中聽到的頻率變不變啊?

例3.學生在參考書同一章里做到如下兩道題:

題1.一個半徑為 r的圓形鋁環由靜止開始在均勻向外輻射的磁場中下落,設圓環平面下落時始終保持水平,圓環處磁場的磁感應強度大小為B,如圖2所示.已知圓環的鋁線半徑為 r0,密度為 ρ0,電阻率為 ρ,磁場范圍足夠大,試求圓環下落的穩定速度.

圖2

圖3

題2.一個質量為 m、直徑為 d、電阻為 R的金屬圓環,在范圍足夠大的磁場中豎直下落,磁場的分布情況如圖3所示.已知磁感強度豎直方向分量By的大小只隨高度y變化,其隨高度 y變化關系為By=B0(1+ky)(此處 k為比例常數,且k＞0),其中沿圓環軸線的磁場方向始終向上.金屬圓環在下落過程中的環面始終保持水平,速度越來越大,最終穩定為某一數值,稱為收尾速度.求:圓環收尾速度的大小.

有學生進行了比較,提出了這樣的疑問:兩道題中金屬環最終都是在重力和安培力的作用下勻速運動.然而,題1過程穿過圓環的磁通量為什么不變呢?如果教師不重視這個疑問并對這個問題進行深入研究,很難解答學生的這個疑問!如果告訴學生題1違背法拉第電磁感應定律,題目錯誤,還是難解學生心中的疑團!

事實上,關鍵在于題1編制出了問題.應用磁場的高斯定理:任何磁場中通過任意封閉曲面的磁通量總等于零,即0,如圖 4,對題2中圓環勻速下落時一小段高度構成的閉合曲面,設磁通量穿出曲面為正,穿入為負,有:

圖4

而題1中取這樣的閉合曲面,磁感線都是穿出曲面,磁通量不等于0,這樣的磁場理想模型違反了理想模型的客觀性原則,成了不是理想而是臆想出來的模型,是錯誤的!這一點,作為高中學生一般并不了解.

2.3 學生自主探究中的疑問

學生在實驗、概念、規律和解題思路的探究中,也會遇到各種困難,產生一些疑問.

我們強調教學要了解學生,但是有很多時候教師了解得不夠,學生的思維角度和方式常出乎我們的意料,而學生限于知識水平和探究能力,存在一些一時解決不了的疑問.

例4.如圖5從傾角為θ的斜面上的A點以初速度v0沿水平方向拋出一個小球,落在斜面上B點.求:小球從 A到B的運動過程中,何時與斜面距離最大?最大距離多大?

圖5

圖6

對于這個習題,一般介紹給學生利用垂直斜面的分運動是類豎直上拋運動的方法求解(如圖6).可知,垂直斜面的速度減小為0時,是物體離斜面距離最大時.由勻變速直線運動規律解得時,最大距離 Hm=

上述解法確實是巧妙的,學生也頗為欣賞,但課后有些學生想“另辟蹊徑”:能不能用點到斜面的距離的數學方法來求解?怎么求?有想法卻下不去手的學生很多.仔細分析:學生希望用自己的方式解決!因學生經過多年的數學學習,很習慣于從數學的思維解決物理問題,而要將數學知識熟練應用于解決物理問題有時并不得心應手!

3 教師解決學生疑問的“三不”原則

疑問產生并提出來了,太值得教師動腦筋、花力氣去解決!解決疑問,不能限于找到疑問的正確解答,不能采用脫離學生實際的知識和方法把疑問越解越疑,教師也不能僅將自己定位在“解惑者”.在洞悉學生產生疑問的原因的基礎上,教師應依據如下原則解決疑問:

3.1 不“毛糙”

高中物理教學中有很多要求學生必須掌握的重要概念、規律和方法,學生的有些疑問就是反映對這些內容的理解、掌握出現不到位、偏差甚至錯誤,對于這樣的疑問,教師不能毛毛糙糙輕易放過,必要時要放慢節奏、“小題大做”.

如例1,針對前面分析的原因,可通過提問討論、比較、舉例等多種方法著力解決一連串問題:(1)萬有引力公式中的距離r的定義是什么?(2)什么叫質點?(3)什么樣的條件下才能把一個物體視作質點?(條件性)(4)什么叫質心?(5)每個物體都有質心嗎?!(6)本題中陰影區域找到了質心,但有能看成質點的依據嗎?(7)均勻球體可以……,那么怎解決本題?(8)如例舉正三角形頂點上3個同樣的球,求兩個球對第3個球的萬有引力.(讓學生體會找兩球質心的做法對嗎?)

通過這樣的教學過程,疑問自然解決了,概念更清晰了,還對學生在實際問題中建立模型的過程和方法有一定的養成作用.

3.2 不“高深”

有些疑問,限于高中學生的水平,難以直接或者嚴密解答.如果教師不充分考慮到這一點,告訴學生“這是大學里才能解決”,或者“知道這樣就行了”,學生的疑團沒有解開,思維得不到發散,還會打擊學生疑問的積極性.其實很多看似需要用“高深”的知識或理論才能解決的疑問,教師可以設法通過學生能接受的方法令學生釋然.

圖7

上例2中學生的疑問受多普勒效應公式高中不作要求的限制也比較難解決,尤其波源運動不在波源與觀察者連線上的情形.但書本上出現了這個不妥和前后文字表達上的矛盾,還是要想辦法解決.可以按照單位時間內通過觀察者的波峰(或密部)的數目的示意圖7簡單處理.如果觀察者(R)在波源的運動方向上,波源勻速,收到的頻率不同于波源頻率但卻是恒定的;如果觀察者(R′)不在波源的運動方向上,即使波源勻速,收到的頻率不同于波源頻率并且也是變化的.如果教師圖示清晰,講解到位,學生完全可以理解.如果教師鼓勵一下學生,有興趣可以自己推導一下公式或者參看一下有關推導作為提高,那就既避免了用“高深”的辦法解決疑問,又可能讓部分學生了解了“高深”的內容.

同樣,例3中對沒有學過磁場高斯定理的高中學生,不妨:(1)歸謬法:如果題1的輻向磁場成立的話,這些磁感線都是不閉合的,中間是 N極,那么 S極在哪兒呢?沒有!這和課本上介紹的磁體有兩極,磁單極子是不存在的知識是矛盾的!(2)對題1錯誤磁場進行解釋和完善:應理解為相當于題2中圓環所在處磁場的水平分量,但不只存在水平分量,應像題2那樣還有豎直分量!所以,兩題中金屬環下落磁通量都是有變化的.

3.3 不“單一”

學生提出的疑問,有難易之分,有個體性和代表性之分,也有稍疑即問和三思而后問之分,還有為學而問和為問而問.教師也應在對待這些不同疑問時有所區別.有些只需個別解決,而有些則需要課堂上解決.對于稍疑即問和為問而問的學生,還需要從學生獨立思考等學習習慣和方法上加以引導.

教師解決學生的疑問,理應是教學的重要組成部分.教學的方式、方法有很多,解決疑問也應如此,要根據具體的情況來選擇、設計.

需要重視的是:“學生只是被動地接受教師賜予的東西,往往會養成學生盲從及屈從的態度與性格.與此相反,喚起學生積極的探究精神,引導他們逐步依靠自己的力量來解決學習問題,發現知識,就會養成學生獨立地、創造地、友善地實現目標的態度與性格,形成鍥而不舍的頑強意志與人格”.因此,教師通過引導學生自主探究來解決他們提出的疑問是值得首先考慮和嘗試的.

例如例4,“能不能用數學中點到斜面的距離的方法來求解?怎么求?”,這實際上是個很好的思路,應用數學方法解決物理問題也是物理教學所要培養的重要能力!實際上有相當數量的學生開始都想到了數學中點到直線的距離這個知識點,一個或幾個學生難以實施而成疑問,那么如果在教師的引導下全班一起來探究呢?因此筆者曾經一試,討論交流很熱烈,而且探究出多個解法:

圖8

圖9

還聯想到利用之前習題的一個結論來求解:

解法4:利用平拋運動任意時刻的瞬時速度的反向延長線必通過此刻對應水平位移中點的結論:

如圖10,設D點的速度v平行斜面(DE為題中所求最大距離),其反向延長線交于水平位移 AP的中點G.作GF垂直斜面,則 GF=DE.

圖10