施行變式教學(xué) 突破思維障礙

周麗華

(江蘇省錫東高級(jí)中學(xué)，江蘇 無(wú)錫 214101)

施行變式教學(xué)突破思維障礙

周麗華

(江蘇省錫東高級(jí)中學(xué)，江蘇 無(wú)錫 214101)

新課程標(biāo)準(zhǔn)要求培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,而“變式”是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的有效途徑之一．通過變更事物的表現(xiàn)形式或變換觀察事物的角度,從而使學(xué)生達(dá)到知識(shí)的遷移．本文通過結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)際,談?wù)剬?duì)變式教學(xué)的認(rèn)識(shí)和看法,引導(dǎo)學(xué)生從“變”的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)“不變”的本質(zhì),從“不變”的本質(zhì)中探索出“變”的規(guī)律,從而培養(yǎng)學(xué)生大膽參與、勇于探索、敢于創(chuàng)新的精神．

變式教學(xué)； 思維； 方法

在探究性學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維既是新課程的教學(xué)理念,也是中學(xué)物理教學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容．物理教學(xué)中落實(shí)這一理念的方法很多,其中在習(xí)題課教學(xué)中,巧妙地運(yùn)用各類素材進(jìn)行變式訓(xùn)練,對(duì)某個(gè)例題不斷地進(jìn)行拓展和深化,有利于啟迪學(xué)生的思維能力,通過觸類旁通,提高學(xué)生的應(yīng)變能力．

1 變解法——培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

一題多解是訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散思維的傳統(tǒng)好方法．在教學(xué)過程中,教師應(yīng)啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索出更好、更簡(jiǎn)捷的方法．

例1.質(zhì)量為M的卡車,拖著質(zhì)量為m的拖車以速度v在平直公路上勻速行駛,已知阻力為車重的k倍．途中拖車突然脫鉤,從脫鉤到駕駛員發(fā)現(xiàn),車已前進(jìn)了L,這時(shí)駕駛員關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),當(dāng)卡車和拖車都停止時(shí),它們之間的距離為多少?

解析:從脫鉤開始,卡車先做勻加速運(yùn)動(dòng),后做勻減速運(yùn)動(dòng)直到停止．拖車脫鉤后一直做勻減速運(yùn)動(dòng)直到停止．兩車的運(yùn)動(dòng)情況分析清楚后,自然想到下列解法.

介紹完此常規(guī)解法后,教師可指出，此法比較常規(guī),但絕不是解決此題的唯一途徑,誰(shuí)能試著用其他方法求解?若學(xué)生沒有思路,不妨適時(shí)加以引導(dǎo):關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后,是什么力在做功從而引起車子動(dòng)能的變化?學(xué)生很容易得到下列解法.

(2) 對(duì)卡車和拖車分別運(yùn)用動(dòng)能定理，得

通過對(duì)此題解法的深入探究,學(xué)生可以在有限的時(shí)間內(nèi),從不同的角度、不同的側(cè)面來思考物理問題,活躍學(xué)生的解題思路,開闊視野,提高學(xué)生的思維能力和靈活運(yùn)用各種知識(shí)解決問題的能力．

2 變問法——培養(yǎng)學(xué)生的縱向思維能力及判斷推理能力

一道難題,學(xué)生常常因?yàn)闊o(wú)法直接找到問題與題設(shè)條件的關(guān)聯(lián),或者無(wú)法理清復(fù)雜的物理情境而感到困惑,無(wú)從下手．此時(shí)教師如果圍繞使學(xué)生產(chǎn)生思維障礙的關(guān)鍵處,設(shè)置幾個(gè)小的問題來引導(dǎo)學(xué)生思考和討論,即將一個(gè)難度較大的問題變?yōu)槎鄠€(gè)遞進(jìn)型的簡(jiǎn)單問題,這樣可有效化解解題難度,進(jìn)而使問題得以求解．更重要的是,學(xué)生在經(jīng)歷多次這樣的思維訓(xùn)練后,能漸漸學(xué)會(huì)如何對(duì)復(fù)雜物理問題進(jìn)行有效的縱深分析,并在深入討論的過程中,使自己的判斷推理能力得到提高．

圖1

(1) 恒力F的作用時(shí)間t;

(2)AB與CD的高度差h．

解析:此題物理情境比較復(fù)雜,涉及了兩個(gè)物體的多過程運(yùn)動(dòng),難度較大．但若將所求問題分化為若干小問題,每個(gè)問題環(huán)環(huán)相扣,搭設(shè)認(rèn)知臺(tái)階,則可引導(dǎo)學(xué)生達(dá)到思維漸進(jìn)的理想效果．如可以這樣設(shè)計(jì)小問題:

① 小車在CD軌道上的運(yùn)動(dòng)可分為哪些階段?

② 小車每個(gè)階段的受力及運(yùn)動(dòng)特征如何?

③ 根據(jù)題設(shè)條件畫出小車的行程圖,你能將已知量、未知量及相關(guān)量標(biāo)示出來嗎?

④ 能否根據(jù)行程圖,求出小車受恒力F的作用時(shí)間t?

⑤ 滑塊的運(yùn)動(dòng)又能劃分為哪些階段?

⑥ 滑塊每個(gè)階段有怎樣的運(yùn)動(dòng)特征?

⑦ 滑塊的運(yùn)動(dòng)與小車的運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上有何關(guān)系?

如此變化設(shè)問方式,可以把這樣一道難題迎刃而解．學(xué)生在不知不覺中已漸漸深入到復(fù)雜的物理情境中,題設(shè)的障礙被一步步消除,解決問題自然水到渠成．

3 變角色——提高學(xué)生思維的獨(dú)立性，鍛煉其批判性思維

我們教師平常批改作業(yè)時(shí),總能發(fā)現(xiàn)學(xué)生這樣或那樣的錯(cuò)誤,訂正后還是重復(fù)出現(xiàn),怎樣做才能改善這種現(xiàn)象?不妨嘗試角色互換．

例3.以10m/s的速度勻速行駛的汽車,突然發(fā)現(xiàn)前面緊急狀況剎車,已知?jiǎng)x車后獲得的加速度大小為2m/s2,求剎車后8s通過的位移是多少?

這樣的角色變換訓(xùn)練,能激發(fā)起學(xué)生思考的原動(dòng)力．在糾正教師錯(cuò)誤出現(xiàn)根源的過程中,學(xué)生可深刻領(lǐng)會(huì)物理情境的來龍去脈,理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)、物理規(guī)律的適用條件,而不是機(jī)械地照搬公式解題．通過這樣的教學(xué)方式,可提高學(xué)生思維的獨(dú)立性與嚴(yán)密性,當(dāng)然也培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維．

4 變定律——培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及靈活解題能力

在教學(xué)中適時(shí)地讓學(xué)生嘗試用不同的表述形式描述某一定律或規(guī)律,可產(chǎn)生很好的學(xué)習(xí)效果．

例4.學(xué)習(xí)電荷守恒定律“電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中,系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變”后,可引導(dǎo)學(xué)生將其表述形式變化為“一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和總是保持不變”.學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律時(shí),可引導(dǎo)學(xué)生將機(jī)械能守恒表述為3種形式:“系統(tǒng)初狀態(tài)的機(jī)械能等于系統(tǒng)末狀態(tài)的機(jī)械能”； “系統(tǒng)中一種形式機(jī)械能的增加量等于其他形式機(jī)械能的減少量”； “系統(tǒng)中一個(gè)物體機(jī)械能的增加量等于其他物體機(jī)械能的減少量”．

進(jìn)行這種定律表述形式的變換訓(xùn)練,既可鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言表述能力,又能加深其對(duì)定律或規(guī)律本質(zhì)的理解,更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,還能在今后的解題中派上用場(chǎng),可謂一舉多得,不失為一種變式教學(xué)的好方法．

5 變研究對(duì)象——培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)變的思維

圖2

有時(shí)候根據(jù)實(shí)際情境靈活地選擇研究對(duì)象,或巧妙地變換研究對(duì)象,可排除困難．

例5.如圖2所示,斜面小車M靜止在光滑水平面上,一端貼緊墻壁．若再在斜面上加一物體m,且M、m相對(duì)靜止,試分析小車受幾個(gè)力的作用?

解析:此題求的是M的受力個(gè)數(shù),但若直接分析M的受力情況,會(huì)有諸多不確定因素．不妨先分析m的受力情況．對(duì)m,由平衡條件知:受到重力、M對(duì)它的支持力及沿斜面向上的摩擦力,且支持力與摩擦力的合力方向肯定豎直向上,然后再分析M,不難得到M受重力、地面的支持力、m的壓力及摩擦力(這兩個(gè)力的合力方向?yàn)樨Q直向下),因?yàn)镸也處于平衡狀態(tài),從而得知墻壁對(duì)小車必?zé)o作用力．

學(xué)生通過此類題目的訓(xùn)練,可提高思維的靈活性,能夠從復(fù)雜多變的物理情境中捕捉到解題的突破口,合理安排思考的順序．

6 變角度——鍛煉學(xué)生的全面性思維、多角度思維

一個(gè)專心備課的教師能夠設(shè)計(jì)一個(gè)典型但又不太復(fù)雜的物理情境,去幫助學(xué)生挖掘情境所涉及的各方面問題,從而把學(xué)生引入一個(gè)完整的知識(shí)領(lǐng)域,即所謂的“并聯(lián)思維法”．

圖3

例6.如圖3所示,一足夠長(zhǎng)的木板質(zhì)量為M,以速度v0在光滑的水平面上向左運(yùn)動(dòng),一質(zhì)量為m(m

分析:此物理情境涉及高中物理中非常典型的一類模型——“滑塊與滑板”模型,若能將此題巧妙地從不同角度來設(shè)計(jì)問題,幾乎可將所有的力學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通起來．

(1) 從力學(xué)角度設(shè)問——試分析兩物體各自的受力情況及各自產(chǎn)生的加速度．

(2) 從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度設(shè)問——試求最后兩物體共同的速度?求小鐵塊m向右運(yùn)動(dòng)的最大距離?

(3) 從功能關(guān)系角度設(shè)問——分析摩擦力分別對(duì)兩物體做了多少功?在整個(gè)過程中,產(chǎn)生的熱量為多大?

(4) 從動(dòng)量角度設(shè)問——分析兩物體各自動(dòng)量的變化,并判斷系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒?

如此變化角度設(shè)計(jì)問題,可充分挖掘一個(gè)物理情境中潛在的各種物理知識(shí)與方法,探尋可能涉及的多個(gè)出題方向．這是鍛煉學(xué)生從多個(gè)角度思考物理問題的好方法,它既克服了思維的片面性,也提高了思維的靈活性．

7 變條件——鍛煉學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性

物理是一門非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科,一個(gè)條件的微小變化就可能會(huì)引起結(jié)果的顯著差異．因此,教師在平時(shí)的教學(xué)中,一定要利用適當(dāng)?shù)睦}或知識(shí),變換條件進(jìn)行深入討論,以提高學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性．

圖4

例7.如圖4所示,水平傳送帶以5m/s的恒定速度運(yùn)動(dòng),傳送帶長(zhǎng)s=2.5m,今在其左端A將一工件輕輕放在上面,工件被帶動(dòng),傳送到右端B,已知工件與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,試求:工件經(jīng)多少時(shí)間由傳送帶左端A運(yùn)動(dòng)到右端B?

解析:工件被輕輕放在傳送帶左端,意味著工件對(duì)地初速度v0=0,但由于傳送帶對(duì)地面以v=5m/s向右勻速運(yùn)動(dòng),所以工件相對(duì)傳送帶做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)工件速度等于傳送帶速度時(shí),與傳送帶保持相對(duì)靜止,一起向右做勻速運(yùn)動(dòng)．教師可以深挖此題,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考:

(1) 若傳送帶長(zhǎng)s=7.5m,則工件從左端A運(yùn)動(dòng)到右端B的時(shí)間?

(2) 若工件以對(duì)地速度v0=5m/s滑上傳送帶呢?

(3) 若工件以速度v0=7m/s滑上傳送帶,情況又如何?

(4) 若工件以v0=3m/s呢?

圖5

(5) 本題若傳送帶與水平面間傾角θ=37°,如圖5所示,其他條件不變,那么工件由A滑到B時(shí)間又為多少呢?

像這樣以一道簡(jiǎn)單的傳送帶模型為例,變換條件,步步設(shè)問,可獲得不同的時(shí)間結(jié)果,從而將物體在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)問題集中解決．此形式更能開闊學(xué)生的物理視野,使其體會(huì)題設(shè)條件中一個(gè)看似微小的變化對(duì)結(jié)論的影響,進(jìn)而在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性．

8 變驗(yàn)證為探究——逐步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力

實(shí)驗(yàn)探究能力是新課程重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的,我們要將探究的理念滲透在平常教學(xué)的過程中．例如,通過對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的深入討論,也可開展適當(dāng)?shù)奶骄浚?/p>

圖6

例8.圖6為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為:帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題:

(1) 為完成此實(shí)驗(yàn),除了所給的器材,還需要哪些器材?

(2) 實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因是什么?

這是一道比較簡(jiǎn)單的題目,第(2)問主要考查學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,是否進(jìn)行了主動(dòng)的思考與探究．實(shí)際教學(xué)中,在此題的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行進(jìn)一步的深度探究．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),重錘減小的重力勢(shì)能總是大于重錘動(dòng)能的增加,并分析出原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落的過程中存在阻力作用．此時(shí)教師可趁機(jī)提出探究問題:

(3) 能否測(cè)定平均阻力的大小?

(4) 若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g,還需要測(cè)量哪個(gè)物理量?

(5) 試用這些物理量和紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力F的大小?

通過對(duì)此驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的不斷深入挖掘,變換不同的探究問題與探究要求,可使學(xué)生提高對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視度,激發(fā)其思考的主動(dòng)性與思維的發(fā)散性,切實(shí)體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究理念．

9 變模型——培養(yǎng)學(xué)生的比較和鑒別能力

高中物理有許多成對(duì)出現(xiàn)的模型,如“輕繩與輕桿”類模型、“中心星與雙星”模型等,教學(xué)中教師若能應(yīng)用變換模型的方式進(jìn)行對(duì)比教學(xué),可以產(chǎn)生很好的效果．

例9.質(zhì)量為m的小球用一長(zhǎng)為L(zhǎng)不可伸長(zhǎng)的輕繩系住,繩的另一端固定在豎直平面內(nèi)完成圓周運(yùn)動(dòng),在最低點(diǎn)應(yīng)給小球多大的初速度v0?

學(xué)生會(huì)順著教師的指引,分析得到:輕桿不只能提供拉力,還能提供推力,所以小球在最高點(diǎn)時(shí)受的合力可以為0,即vmin=0.

這樣將題目稍作變化,便得到另一種與之相似、但存在本質(zhì)差別的新模型,從而使學(xué)生在體驗(yàn)變化的過程中,對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)更加清晰,學(xué)生的比較和鑒別能力也在切身經(jīng)歷中得以鍛煉與提高．

10 變情境——培養(yǎng)學(xué)生思維能力的縱深發(fā)展

我們知道,解決物理問題時(shí)情境分析最為關(guān)鍵．從哲學(xué)角度講,事物的發(fā)展變化取決于內(nèi)因和外因．外因是變化的條件,外因必須通過內(nèi)因起作用．物理過程是物體在一種被簡(jiǎn)約、被控制的物理情境中的運(yùn)動(dòng)過程,即外因,如光滑斜面、不可伸長(zhǎng)的輕繩、足夠長(zhǎng)木板等,只要其中任何一種條件的變化,都會(huì)影響物體的受力或運(yùn)動(dòng)狀況．

仍以例9分析,我們可以以此為基點(diǎn),做如下情境的演變拓展:

① 若在O點(diǎn)正下方距離為1/3L的O′處有一釘子,要使小球繞O′點(diǎn)完成圓周運(yùn)動(dòng),v0應(yīng)滿足什么條件?

② 要使小球在運(yùn)動(dòng)過程中,繩始終被拉緊,v0應(yīng)滿足什么條件?

③ 若小球帶電荷量為+q,且處于豎直向上(或向下)的、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,要使小球完成圓周運(yùn)動(dòng),v0應(yīng)滿足什么條件?

④ 若把③中的電場(chǎng)方向改為水平向左,場(chǎng)強(qiáng)大小不變,要使小球完成圓周運(yùn)動(dòng),v0應(yīng)滿足什么條件?

⑤ 若小球處于與軌道面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,帶電荷量仍為+q,要使小球完成圓周運(yùn)動(dòng),v0應(yīng)滿足什么條件?

情境變式比較符合學(xué)生思維的漸變發(fā)展,一方面開拓了學(xué)生的思維空間,另一方面使不同情境下豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的處理方法得以歸納統(tǒng)一．

通過對(duì)以上10種變式教學(xué)方法的分析不難看出,我們?cè)趯?shí)際習(xí)題教學(xué)中要變“練”題為“用”題,題不在多,將典型習(xí)題不斷地進(jìn)行拓展和變化,多思考,深挖掘．教師在教學(xué)中要合理地設(shè)計(jì)問題,使變式訓(xùn)練變得順暢自如,環(huán)環(huán)相扣,層層遞進(jìn),從而為學(xué)生的思維發(fā)展提供更廣闊的物理空間,也可以把學(xué)生從題海中解脫出來,使其對(duì)物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣,實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的三維目標(biāo),讓學(xué)生的思維能力在這種“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的變式教學(xué)中得以提升．

1 胡國(guó)民.高中物理解題方法與思維訓(xùn)練[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2005.

2 莊盛文.高中物理解題王[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,2005.

3 劉力.新課程理念下的物理教學(xué)論[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

2017-03-30)