挖掘教材資源 實(shí)施變式教學(xué) 提升思維品質(zhì)①
——引導(dǎo)學(xué)生回歸物理教材的嘗試

(1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特前旗第一中學(xué),內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 014400；2. 天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)教育促進(jìn)中心,天津 300457)

專題復(fù)習(xí)是高三物理課堂教學(xué)的主要課型之一，其效率直接影響教學(xué)效果與高考成績[1]。高考物理命題堅(jiān)持“突出基礎(chǔ)性、注重綜合性、加強(qiáng)應(yīng)用性、體現(xiàn)創(chuàng)新性”的理念，對(duì)專題復(fù)習(xí)課來說，典型例題的教學(xué)無疑成為落實(shí)好該理念的重要抓手。

近年有不少高考物理試題源于教材，高于教材，試題雖源自教材，但遵循“能力立意”的要求。要提高學(xué)生的物理問題解決能力，就要培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。從心理學(xué)角度講，思維品質(zhì)是思維產(chǎn)生和發(fā)展中表現(xiàn)出的個(gè)性差異。主要體現(xiàn)在思維的廣闊性與深刻性、思維的獨(dú)立性與批判性、思維的邏輯性與敏捷性三方面。具體到高中物理學(xué)科，物理思維品質(zhì)主要體現(xiàn)在：能對(duì)高中物理概念、規(guī)律有正確、全面的認(rèn)識(shí)，能對(duì)相似的物理概念、規(guī)律加以區(qū)分并應(yīng)用于具體事例中，能綜合所學(xué)的物理知識(shí)準(zhǔn)確、快捷地解決問題。

倘若以物理教材中的習(xí)題素材為藍(lán)本進(jìn)行拓展、變式、創(chuàng)新，無疑是提高復(fù)習(xí)效率、培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的有效途徑。鑒于此，筆者以專題復(fù)習(xí)課教學(xué)為例，與同行們探討如何利用教材習(xí)題進(jìn)行變式教學(xué)，促進(jìn)物理知識(shí)建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的復(fù)習(xí)策略。

1 一題多問，加深概念和規(guī)律的理解，提升思維的深度和廣度

例1(由人教版物理選修3-2改編)：設(shè)圖1中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，平行導(dǎo)軌寬l=1m，光滑金屬棒PQ以v=1m/s速度貼著導(dǎo)軌向左勻速運(yùn)動(dòng)，R=1Ω,金屬棒PQ的質(zhì)量為m=0.1kg,電阻為0.5Ω，導(dǎo)線框的電阻不計(jì)。

圖1

圖2

問題1：運(yùn)動(dòng)的金屬棒PQ會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源。畫出該裝置的等效電路圖。

解：畫出電路圖如圖2所示。

問題2：通過R的電流大小等于多少？方向如何？

問題3：金屬棒PQ兩端的電勢(shì)差UPQ為多少？

問題4：整個(gè)電路消耗的電功率為多少？電阻R消耗的電功率為多少？

問題5：求金屬棒PQ所受的安培力F安。

問題6：求使金屬棒PQ向左勻速運(yùn)動(dòng)所需要的外力F外。

問題7：外力做功的功率為多少？克服安培力做功的功率為多少？

問題8：若撤去外力F外，則金屬棒PQ將會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)？當(dāng)金屬棒PQ運(yùn)動(dòng)的速度為0.5m/s時(shí)，求金屬棒PQ的加速度大小和方向。

問題9：若撤去外力F外后，導(dǎo)體棒還能向左運(yùn)動(dòng)x=0.15m，則電路中通過電阻的電量為多少？

設(shè)計(jì)意圖：問題1、2、3、4、9以電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)為載體設(shè)計(jì)，問題5、6、7、8以動(dòng)力學(xué)知識(shí)為載體設(shè)計(jì)，所有問題均以高中物理核心知識(shí)為依托，既體現(xiàn)基礎(chǔ)性，又彰顯了綜合性。問題是思維的起點(diǎn)，有不同的層次梯度，高水平的問題可以提升知識(shí)理解的深度和思維的全面性[2]。設(shè)計(jì)問題時(shí)要根據(jù)學(xué)生已有認(rèn)知水平和課程標(biāo)準(zhǔn)，圍繞學(xué)科核心概念、重要物理規(guī)律，根據(jù)循序漸進(jìn)、螺旋上升的原則，設(shè)計(jì)連貫的、逐級(jí)遞進(jìn)的問題序列，降低綜合性問題的難度，驅(qū)動(dòng)學(xué)生的認(rèn)知思維向著高水平思維不斷進(jìn)階。

2 一題多解，加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的橫向?qū)Ρ龋嵘季S的獨(dú)立性與批判性

例2(由人教版物理2改編)：把質(zhì)量為0.5kg的石塊從10m高處以30°角斜向右上方拋出(如圖3)，初速度是v0=5m/s。不計(jì)空氣阻力，取g=10m/s2。求石塊落地時(shí)的速度為多大？

圖3

解析：方法1：利用“動(dòng)能定理”求解。

方法2：利用“機(jī)械能守恒定律”求解。

方法3：利用“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”求解。

設(shè)計(jì)意圖：動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)、動(dòng)量觀點(diǎn)通常稱為解決力學(xué)問題的三把“金鑰匙”。2017年高考物理考試大綱完善了考核目標(biāo)和考查內(nèi)容，將動(dòng)量知識(shí)列為必考內(nèi)容，這為解決物理問題打開了又一扇窗。通過一題多解可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的靈活性和創(chuàng)造性，同時(shí)，也可極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，并使物理知識(shí)系統(tǒng)化，使得思維獨(dú)立性與批判性有較大的提升。

3 一題多變，設(shè)置梯度，促進(jìn)物理知識(shí)的建構(gòu)，提升思維的邏輯性與敏捷性

例3(由人教版必修2改編)：游樂場的過山車可以底朝上在圓形軌道上運(yùn)行，游客卻不會(huì)掉下來(如圖4)。我們把這種情形抽象為如圖5所示的模型：弧形軌道的下端與豎直圓軌道相接。使小球從弧形軌道上端滾下，小球進(jìn)入圓軌道下端后沿圓軌道運(yùn)動(dòng)。

圖4

圖5

變式1:已知軌道最高點(diǎn)P距離水平地面高為h，圓環(huán)軌道半徑為R，小球質(zhì)量為m，重力加速度為g,不計(jì)一切阻力。若該小球從P點(diǎn)靜止釋放后，經(jīng)過最低點(diǎn)B時(shí)的速度為多大？對(duì)軌道的壓力是多少？

變式2:已知圓環(huán)軌道半徑為R，小球從P點(diǎn)靜止釋放后，當(dāng)小球經(jīng)過圓軌道最高點(diǎn)A時(shí)，軌道對(duì)小球的作用力恰好等于小球的重力，則P點(diǎn)距離地面的高度h是多少？

變式3：已知圓環(huán)軌道半徑為R，若小球從靜止釋放后，小球若能在圓軌道上完成圓周運(yùn)動(dòng)，P點(diǎn)的高度至少多大？

變式4：已知圓環(huán)軌道半徑為R，將小球從P點(diǎn)釋放，要求小球能通過圓形軌道最高點(diǎn)，且在該最高點(diǎn)與軌道間的壓力不能超過5mg(g為重力加速度)。求P點(diǎn)高度h的取值范圍？

變式5：小球從高為h的P點(diǎn)釋放后恰好通過半徑為R的圓軌道最高點(diǎn)A，若考慮阻力影響，則小球自P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過程中，克服阻力做功為多少？

變式6:圖6為某游樂場內(nèi)水上滑梯軌道示意圖。整個(gè)軌道在同一豎直平面內(nèi)，表面粗糙的AB段軌道與四分之一光滑圓弧軌道BC在B點(diǎn)水平相切。點(diǎn)A距水面的高度為H，圓弧軌道BC的半徑為R，圓心O恰在水面。一質(zhì)量為m的游客(視為質(zhì)點(diǎn))可從軌道AB上任意位置滑下，不計(jì)空氣阻力。

圖6

(1) 若游客從A點(diǎn)由靜止開始滑下，到B點(diǎn)時(shí)沿切線方向滑離軌道落在水面D點(diǎn)，OD=2R，求游客滑到B點(diǎn)時(shí)的速度vB大小及運(yùn)動(dòng)過程軌道摩擦力對(duì)其所做的功Wf；

設(shè)計(jì)意圖：變式1、2旨在幫助學(xué)生樹立模型意識(shí)，培養(yǎng)建模能力，鞏固學(xué)生對(duì)基本規(guī)律的掌握；變式3、4旨在提高學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力；變式5、6旨對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行整合和遷移應(yīng)用，體現(xiàn)創(chuàng)新性。對(duì)例題進(jìn)行廣泛變換與引申，盡可能引申出更多相關(guān)性、相似性的新問題，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生思維的敏捷性，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)。復(fù)習(xí)的目的不僅在“溫故”，更在“知新”，包括知識(shí)的加深和技能的擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)思維能力與運(yùn)算能力進(jìn)行訓(xùn)練和再提高，尤其是使學(xué)生對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)化能力、分析解決問題的能力上升到一個(gè)新的高度。

4 結(jié)語

中學(xué)物理教材中的習(xí)題是諸多教育專家、學(xué)者和一線教師在長期的教學(xué)實(shí)踐中積累下來的典型案例，是對(duì)教材內(nèi)容的必要補(bǔ)充和強(qiáng)化，是重要思想方法的提煉和升華，其極強(qiáng)的衍生性成為高考試題推陳出新的源泉。開發(fā)教材習(xí)題不僅可以提高學(xué)生對(duì)概念、規(guī)律、定理等基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，更重要的是可以開發(fā)學(xué)生的智力，提高學(xué)生解決問題的能力和物理思維品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提高。

[1] 朱鐵成.中學(xué)物理教學(xué)案例研究與分析[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2012：187.

[2] 查漢華，楊海清.基于證據(jù)意識(shí)培養(yǎng)的進(jìn)階式問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017,(6):15-17.