初中物理習(xí)題教學(xué)利用錯(cuò)誤資源的實(shí)踐探究

　　物理習(xí)題教學(xué)是通過對習(xí)題的分析，幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固、深化對物理概念和規(guī)律的理解，是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要途徑。學(xué)生答題過程中會出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，教師要有資源意識，積極分析錯(cuò)誤原因，并設(shè)計(jì)有針對性的教學(xué)，使學(xué)生形成正確認(rèn)識，這就是對錯(cuò)誤資源的有效利用。筆者以杠桿習(xí)題教學(xué)為例，談一些實(shí)踐體會。
　　一、錯(cuò)誤資源的構(gòu)建
　　按糾錯(cuò)難度，可以把錯(cuò)誤分成兩類：一類為淺顯錯(cuò)誤，即只要教師指明原因，學(xué)生馬上豁然開朗，比如看錯(cuò)題目、計(jì)算錯(cuò)誤等；另一類為深層次錯(cuò)誤，由學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)、思維能力等方面造成，不是簡單幾句話就能使學(xué)生明了的，教師要花時(shí)間找原因，并精心設(shè)計(jì)教學(xué)，這類錯(cuò)誤更有教育價(jià)值，是構(gòu)建錯(cuò)誤資源的主體，本文所談的錯(cuò)誤指深層次錯(cuò)誤。造成這類錯(cuò)誤的原因有以下幾方面。
　　1.學(xué)生缺乏生活體驗(yàn)
　　很多學(xué)生課余生活單調(diào)，不是被督促在家做作業(yè)，就是奔波于各類補(bǔ)習(xí)班，分?jǐn)?shù)是生活主旋律。平常衣來伸手，飯來張口，很少參與體力勞動，接觸生活、體驗(yàn)生活的機(jī)會較少，對生活的感知能力逐漸下降，失去了關(guān)注生活的興趣。物理源于生活，沒有豐富的體驗(yàn)作基礎(chǔ)，是難以想清某些物理過程的。生活中的許多杠桿，如掃帚、釣魚竿、指甲剪、開瓶扳手等，雖然常見，但如果沒有經(jīng)歷或體驗(yàn)，又不善于觀察，在分析杠桿時(shí)就會產(chǎn)生障礙。
　　2.前概念的負(fù)面影響
　　前概念是指學(xué)生在沒有接受正式的科學(xué)概念之前，對日常生活中所感知的現(xiàn)象，通過長期的經(jīng)驗(yàn)積累與辨別式學(xué)習(xí)而形成的非本質(zhì)認(rèn)識。這些概念有些是正確的，它有助于學(xué)生形成概念、掌握規(guī)律，是學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，但前概念畢竟是生活經(jīng)驗(yàn)，是在觀察和思考的基礎(chǔ)上自發(fā)形成的，沒有經(jīng)過嚴(yán)密的科學(xué)分析與實(shí)驗(yàn)證明，所以前概念多數(shù)是膚淺的，帶有片面性，有的甚至是錯(cuò)誤的。學(xué)生一做題，這些前概念就會產(chǎn)生影響，引起錯(cuò)誤。比如，學(xué)生認(rèn)為阻力方向總是與動力方向相反。
　　3.物理情景復(fù)雜或相互干擾
　　物體靜止或勻速直線運(yùn)動時(shí)，涉及的物理量一般不變。而在杠桿習(xí)題中，經(jīng)常有杠桿轉(zhuǎn)動的情況，這就要求學(xué)生有較強(qiáng)的想象力，判斷杠桿下一時(shí)刻的位置及物理量的變化。但當(dāng)學(xué)生畫出幾個(gè)位置的力和力臂時(shí)，草圖已面目全非，引起思維混亂。另外，有許多情景相似的杠桿動態(tài)問題，對學(xué)生產(chǎn)生干擾，增加難度。
　　一些簡單的生活物品往往綜合了幾個(gè)杠桿，有的為同質(zhì)，有的為異質(zhì)，而且動力和阻力發(fā)生了改變，比如，夾子、剪刀、老虎鉗由兩個(gè)同質(zhì)杠桿組成，而指甲剪、垃圾桶則由異質(zhì)杠桿組成。特別是異質(zhì)組合，幾個(gè)杠桿同時(shí)工作，過程復(fù)雜，學(xué)生先要找準(zhǔn)每個(gè)杠桿的支點(diǎn)，然后針對具體情況分析動力和阻力，其中還涉及相互作用力方向的判斷，這給學(xué)生的解題帶來很大困難。
　　4.不會用物理模型思考問題
　　習(xí)題較難的一個(gè)重要原因是學(xué)生對題目意圖不理解，不能把題目中的對象和過程簡化成理想的物理模型。實(shí)際上，千變?nèi)f化的物理習(xí)題都是在物理模型基礎(chǔ)上，融合生活事例，給出具體條件，提出求解的物理量，而解題的過程就是將題目隱含的物理模型還原，根據(jù)對應(yīng)的物理規(guī)律求得結(jié)果的過程[1]。學(xué)習(xí)用簡單的物理模型解決問題，為學(xué)生進(jìn)入高中夯實(shí)基礎(chǔ)。有些題目將杠桿隱藏起來，初學(xué)者往往經(jīng)驗(yàn)較差，想不到建立杠桿模型，比如探討滑輪的本質(zhì)、給飛輪調(diào)整重心等。學(xué)生一遇到建模就感到棘手，思路打不開。
　　二、物理習(xí)題教學(xué)中有效利用錯(cuò)誤資源的教學(xué)策略
　　1.創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)活動，豐富學(xué)生感知
　　新授課中教師會設(shè)計(jì)一些體驗(yàn)活動加深印象，而在習(xí)題教學(xué)中，往往是機(jī)械講解，沒有將習(xí)題轉(zhuǎn)化為體驗(yàn)活動的意識，授課形式單調(diào)，效果不理想。杠桿習(xí)題教學(xué)中可以開展拔釘子、開瓶蓋、掃地、模擬釣魚等活動，讓學(xué)生體驗(yàn)杠桿繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動的過程，體會使用杠桿的優(yōu)勢和局限性。
　　常見杠桿可以讓學(xué)生操作，但一些逐步被時(shí)代淘汰或者某區(qū)域很少見的杠桿，學(xué)生難以體驗(yàn)。比如，抽井水的抽水機(jī)，隨著城市化進(jìn)程的加快，這種設(shè)備越來越少，農(nóng)村學(xué)生也沒有深刻印象，城鎮(zhèn)學(xué)生就更不用說了，學(xué)生很難憑空想象其工作過程，阻力方向判斷出錯(cuò)是情理之中的事。又比如，鐵路建設(shè)中使用的道釘撬，在沒有鐵路的地區(qū)，學(xué)生可能都不知道它長什么樣，用途是什么，僅靠題目描述是不夠的。再如建筑工地上的起重設(shè)備塔吊，行色匆匆的學(xué)生會有時(shí)間和心情觀察其結(jié)構(gòu)嗎？生活中的許多杠桿，對學(xué)生來說熟視無睹。出現(xiàn)這種情況，僅靠教師講解，很抽象，應(yīng)通過多媒體課件或?qū)嵨锬Ｐ蛠黹g接體驗(yàn)，彌補(bǔ)學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的不足，學(xué)生就會豁然開朗。
　　2.重視教師引導(dǎo)，完成概念轉(zhuǎn)變
　　要轉(zhuǎn)變前概念，只靠學(xué)生自己是行不通的，因?yàn)閷W(xué)生的前概念已根深蒂固，必須介入教師引導(dǎo)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)已有經(jīng)驗(yàn)的不足甚至錯(cuò)誤，激發(fā)對前概念的矛盾或不滿情緒，使學(xué)生自覺修正和完善前概念。
　　例1.如圖1，杠桿OA可繞支點(diǎn)O轉(zhuǎn)動，B處掛一重物G，A處始終用一豎直力F。當(dāng)杠桿和豎直墻之間夾角緩慢增大至直角時(shí)，為了使杠桿平衡，則（A）
　　A.F大小不變，但F　　B.F大小不變，但F>G
　　C.F逐漸減小，但F>G
　　D.F逐漸增大，但F　　學(xué)生判斷F和G的大小時(shí)，存在錯(cuò)誤前概念：杠桿緩慢向上運(yùn)動，說明F>G；若杠桿緩慢往下掉，則F　　學(xué)生活動：（1）手拉動鉤碼沿不同方向運(yùn)動；（2）模仿本題情景，在杠桿下掛相同鉤碼，另一端用手拉動。提出問題：鉤碼與杠桿的運(yùn)動形式相同嗎？
　　讓學(xué)生大膽表達(dá)有何不同，教師補(bǔ)充修正：鉤碼內(nèi)所有的點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)相同，這種運(yùn)動稱為平動；而杠桿上所有的點(diǎn)都繞固定的點(diǎn)或軸做圓周運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為轉(zhuǎn)動，這是運(yùn)動的兩種基本形式。此處不宜拓展，點(diǎn)到即可。
　　教師過渡：物體勻速平動和杠桿勻速轉(zhuǎn)動時(shí)的條件相同嗎？
　　對比探究：測力計(jì)下掛幾個(gè)鉤碼，緩慢直線運(yùn)動，比較F與G的大小；按照本題情景，在杠桿下掛相同鉤碼，另一端用測力計(jì)緩慢豎直向上拉動，觀察F的變化情況，比較F與G的關(guān)系。說明兩者平衡條件不同，再引導(dǎo)學(xué)生回顧勻速直線運(yùn)動的條件和杠桿平衡條件。
　　3.采用變式遞進(jìn)，開闊學(xué)生視野
　　各種相似情景的干擾，是學(xué)生出錯(cuò)的原因之一。學(xué)生不能從眾多變化的情景中找出分析問題的關(guān)鍵。與例1情景相似的習(xí)題較多，給學(xué)生的思維帶來障礙。采用變式教學(xué)，先易后難，迂回前進(jìn)，達(dá)到融會貫通、開闊思維的目的。在講解例1之前，設(shè)計(jì)以下變式作鋪墊。
　　變式1：如圖2，作用在杠桿一端且始終與杠桿垂直的力F，將杠桿緩慢地由位置A拉至位置B，力F的大小在這個(gè)過程中的變化情況是（A）
　　A.變大 B.變小 C.不變 D.先變大后變小
　　變式2：如圖3，一根直桿可以繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動，在桿的一端施加一個(gè)力F，在力F從水平方向緩慢轉(zhuǎn)動到沿豎直向上的方向的過程中，為使直桿保持在圖示位置平衡，則拉力F的變化情況是（D）
　　A.一直變大 B.一直變小
　　C.先變大，后變小D.先變小，后變大
　　變式3：如圖3，一根直杠桿可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動，在桿的一端施加一個(gè)方向始終保持水平的力F，將直桿從豎直位置慢慢抬起到水平位置過程中，力F大小的變化情況是（A）
　　A.一直增大 B.一直減小
　　C.先增大后減小 D.先減小后增大
　　設(shè)計(jì)意圖：變式1中F的力臂不變，改變G的力臂，分析G的力臂變化為例1的教學(xué)打基礎(chǔ)。變式2中G的力臂不變，改變F的力臂，難點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)最大力臂，判斷力臂先變大后變小。變式3中F、G的力臂同時(shí)變化，但F的力臂變小，G的力臂變大，由杠桿平衡條件知F變大。當(dāng)學(xué)生用變式3的方法思考例1出現(xiàn)困難時(shí)，再啟發(fā)學(xué)生用相似三角形轉(zhuǎn)換力臂的比值。
　　4.搭建腳手架，分解習(xí)題難點(diǎn)
　　碰到復(fù)雜的物理習(xí)題，教師的首要任務(wù)是搭好腳手架，讓學(xué)生沿著問題串攀登，隨著問題的解決，物理過程逐漸清晰，難點(diǎn)得到有效突破。
　　例1.可設(shè)計(jì)以下幾個(gè)問題：（1）你能畫出下一時(shí)刻杠桿的位置嗎？（2）杠桿阻力作用點(diǎn)偏向豎直位置的左邊還是右邊？（3）F與G的力臂怎么變化？（4）由杠桿平衡條件寫出F的表達(dá)式，并判斷F的大小如何變化？（5）F和G的力臂都變大，比值怎么變？（6）能把力臂的比值轉(zhuǎn)換為其他比值嗎？提示：用相似三角形知識。
　　只要教師設(shè)計(jì)好問題串，層層深入，學(xué)生拾級而上，任何復(fù)雜的問題都將變得簡單。正如黃山雖高，但只要有臺階，人們就能問鼎。
　　5.培養(yǎng)模型意識，提高解決問題的能力
　　復(fù)雜的物理問題一般都有模型依據(jù)，解題的實(shí)質(zhì)就是將具體問題轉(zhuǎn)化成模型，再將這個(gè)模型所遵循的規(guī)律找出來。學(xué)會建立物理模型，是科學(xué)方法教育的一項(xiàng)重要內(nèi)容。建立模型可以幫助人們忽略次要因素，從本質(zhì)上認(rèn)識和處理問題；建立模型還可以幫助人們分析復(fù)雜事物及過程，幫助人們研究不易甚至無法直接觀察的現(xiàn)象[2]。
　　例2.連接蘇州和南通的蘇通大橋創(chuàng)造和打破了多項(xiàng)世界紀(jì)錄，蘇通大橋跨徑為1088米，是世界跨徑最大的斜拉橋，如圖4。在設(shè)計(jì)大橋時(shí)，為了減小鋼索承受的拉力，在需要與可能的前提下，可以適當(dāng)增加塔橋的高度，你知道原因嗎？假如讓你來設(shè)計(jì)新的斜拉索式大橋，你還能提出減輕鋼索拉力的方法嗎？
　　初中生應(yīng)具備簡單的建模能力，學(xué)生不知從何處入手的原因是不會建立物理模型。教師提示，對大橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，將主要部分抽象成如圖5的模型，大橋的本質(zhì)為杠桿模型，應(yīng)用杠桿原理來解決上述問題。
　　教師要有意識地介紹建模思想的應(yīng)用，讓學(xué)生體悟建模的目的。比如，引入光線模型，是為了研究光現(xiàn)象方便，如果不用光路圖就很難學(xué)習(xí)光現(xiàn)象的知識；又如，磁場看不見，摸不著，為了更好地研究磁場，引入磁感線模型，磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱，磁感線的方向表示磁場的方向；再如，研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí)，建立原子核式結(jié)構(gòu)模型等。
　　三、物理習(xí)題教學(xué)中有效利用錯(cuò)誤資源的教學(xué)建議
　　1.給學(xué)生出錯(cuò)的機(jī)會
　　課堂教學(xué)時(shí)間有限，既要完成新課教學(xué)，又要講評作業(yè)，時(shí)間很寶貴，教師便帶著學(xué)生趕進(jìn)度，慢慢失去了傾聽的耐心，探究活動草草收場，學(xué)生自己思考、體驗(yàn)的機(jī)會變少，知識完全是灌入的，主體參與意識逐漸淡化。心理學(xué)家蓋耶指出：“誰不考慮嘗試錯(cuò)誤，不允許學(xué)生犯錯(cuò)誤，就將錯(cuò)過最富有成效的學(xué)習(xí)時(shí)刻。”急躁的課堂節(jié)奏剝奪了學(xué)生犯錯(cuò)的機(jī)會。將課堂節(jié)奏慢下來，給足學(xué)生時(shí)間，讓他們不慌不忙地表達(dá)想法，暴露思維和探究中的問題，鼓勵(lì)學(xué)生自查、自省，立足學(xué)生錯(cuò)誤的教學(xué)才是真正有效的。
　　2.面批是獲取錯(cuò)誤資源的重要方法
　　錯(cuò)誤資源的獲取途徑有課堂問答、作業(yè)批改、面批等，不同教師偏重的方法可能不同。課堂問答時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)誤資源來不及紀(jì)錄，有時(shí)會遺忘。一般性地批改作業(yè)，對于計(jì)算題，能看出學(xué)生思維軌跡，分析出錯(cuò)誤原因，但對其他類型題目，如果學(xué)生不在現(xiàn)場，很難從學(xué)生答案中找出錯(cuò)因，但采用面批方式，就可以在與學(xué)生交談過程中找到原因。有時(shí)答案雖然正確，但可能方法錯(cuò)誤，只是碰巧填對了答案。因此，面批是獲取錯(cuò)誤資源的重要方法。
　　3.學(xué)生互評是利用錯(cuò)誤資源的主要形式
　　在習(xí)題講授時(shí)教師要穿插學(xué)生錯(cuò)誤，比如，把學(xué)生原始解答投影出來，由學(xué)生評價(jià)解題過程，找出解題不規(guī)范或錯(cuò)誤之處。又如，教師講授時(shí)，可以故意把學(xué)生“有道理”的錯(cuò)解講出來，有的學(xué)生被蒙住了，而有的學(xué)生能發(fā)現(xiàn)教師錯(cuò)誤，這些學(xué)生的抗議會驚醒思維誤入歧途的學(xué)生。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 陳淑萍.教會學(xué)生用物理模型思考問題.物理教師，2012（3）.
　　[2] 蘇州市教育科學(xué)研究院.新課程初中學(xué)習(xí)能力自測叢書·物理.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2011.
　　（責(zé)任編輯 郭振