在“套路”與“反套路”中培養學生的物理思維

胡崇春

“套路”是指按照習慣思維或固有定式解決或處理問題的一種方式、方法，物理建模思想就是形成一種“套路”。當然，“套路”也可以是利用對方的思維定式，通過精心策劃把對方引向“歧途”的一種設計。筆者在物理教學中習慣于運用“套路”套住學生的思維，更善于運用“反套路”激發學生的科學思維，在“套路”與“反套路”中培養學生物理學科的核心素養。

例如，在學習帶電粒子在復合場中運動時，學生常常會被“套路”套住。

例1.在方向如圖所示的勻強電場（場強為E）和勻強磁場（磁感應強度為B）共存的場區中，一電子沿垂直電場線和磁感線的方向以速度v0射入場區，設電子射出場區時的速度為v，則（ ）

A.若v0>E/B，電子沿軌跡Ⅰ運動，射出場區時，速度v

B.若v0>E/B，電子沿軌跡Ⅱ運動，射出場區時，速度v>v0

C.若v0v0

D.若v0

分析：本題考查“速度選擇器”原理。電子進入電磁場中，受到洛倫茲力與電場力兩個力作用，由已知條件，分析兩個力的大小，由左手定則判斷出洛倫茲力方向，確定出電場力方向，即可確定電子的偏轉方向，根據電場力做功的正負，分析速度的變化。若v0=E/B，則qv0B=qE，即洛倫茲力等于電場力，電子做勻速直線運動，動能不變，速度不變，故速度v=v0;若v0>E/B，則qv0B>qE，即洛倫茲力大于電場力，電子向下偏轉，沿軌跡Ⅱ運動，洛倫茲力不做功，而電場力對電子負功，動能減小，速度減小，故速度vv0，因此C正確，D錯誤。所以選C。

講解了本題后，筆者又提出了以下問題：

（1）若質量為m，帶電量為q的負電粒子（重力加速度為g）以水平速度v0進入無電場、無磁場區域，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（2）若該粒子水平射出的同時加豎直向上的勻強電場，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（3）若該粒子水平射出的同時加豎直向下的勻強電場，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（4）若該粒子水平射出后，在（3）的基礎上加以垂直直面向里的勻強磁場B，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

學生在回答問題（1）時很容易畫出拋物線運動軌跡，答出平拋運動;回答問題（2）時也較容易畫出拋物線運動軌跡，答出類平拋運動;然而，回答問題（3）時，學生很容易被“套路”，畫出拋物線運動軌跡，答類平拋運動。此時，筆者不動聲色，亦暫不做評價，問大家能否都理解這個過程，是否有疑問。若學生有疑問，則讓他提出疑問，并發表意見;若學生無疑問，筆者會追問：題中給出電場力和重力的大小關系了嗎？我們應該怎樣做？學生此時會意識到他們陷入了思維定式，被筆者“套住”。在此過程中，培養了他們猜想、假設、推理、論證的科學思維，學生也更清晰平拋和類平拋運動的條件，對問題（4）能做出準確判斷并學會分析v0 =（qE-mg）/qB、v0>（qE-mg）/qB、v0<（qE-mg）/qB不同情況下的運動規律。

“老師是學生的鏡子，學生是老師的影子”——我的學生在向我詢問的過程中也學會了“套路”——即在問問題之前先引經據典，亦或是先引用教師課上的話語或結論，之后再提出與之矛盾的問題，使教師陷入進退維谷的境地。

仍然是在帶電粒子在復合場中運動部分的課上，一位學生這樣問筆者：老師，你不是說過做變速運動的物體，a=0時，速度最大;v=0時，加速度最大。我按您的方法做這道題，怎么與答案不一樣呢？

例2.如圖所示，套在很長的絕緣直棒上帶正電的小球，其質量為m，帶電荷量為+q，小球可在棒上滑動，現將此棒豎直放在互相垂直的勻強電場和勻強磁場中，電場強度為E，磁感應強度為B，小球與棒的動摩擦因數為μ，求小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度（設小球電荷量不變）。

顯然，學生在問問題前已經事先為筆者設計好了“套路”。通過審題，筆者發現學生其實是陷入了自己的“套路”。筆者并未著急為學生“解套”，而是因勢利導，繼續追問：（1）我們學過的哪種（些）典型運動是a=0時，速度最大;v=0時，加速度最大？生答：汽車以恒定功率啟動。（2）為什么汽車以恒定功率啟動時，v=0，加速度最大？生答：在P一定，v=0時，牽引力最大。（3）加速度大小的決定因素是什么？生答：合外力。（4）那應該如何分析加速度的大小呢？生答：受力分析。“恭喜你已經掌握了解決力與運動問題的突破口和分析問題的最有效方法——控制變量法。”至此，學生已經可以通過獨立、完整的受力分析，結合控制變量法解決問題。筆者又進一步追問：若其他條件不變，僅將電場或僅將磁場反向，小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度的情況如何？學生進一步清晰了原有“套路”解決問題的適用條件。

學生給教師設計“套路”的原因無外乎兩種情況：一是認知和思維上確實有“結”，自己難以解開，設計“套路”就是展示思維路徑的過程，也是質疑已有認知的過程。明代學者陳獻章說：“小疑則小進，大疑則大進。”教師在解套過程中，可以因勢利導，適當地進行點撥，更多的時候學生自己就會解開“結”，修正對概念的誤解和對規律理解的偏差，起到糾差改錯、夯實基礎的作用，這也是建立科學思維的過程。二是出于對教師的不信任，想檢驗教師的教學能力。在教學工作中，筆者中途接手其他同事所任課的班級時，就多次遇到此種情況。“親其師信其道”，很難想象一個學生不信任任課教師怎么能學好這個學科。而教師贏得學生信任的最佳途徑就是通過自己過硬的專業素養讓學生信服。如果學生是出于對教師的不信任，想難為教師而給設計“套路”，教師在準確解套的過程中自然會贏得學生的信任，今后的教學也自然會融洽通暢。這種情況并非個例，尤其是現在的教輔資料良莠不齊，常有習題的答案出現錯誤，當教師的講解與所給答案矛盾時，學生產生質疑也是情理之中，這就要求教師課前備課一定要認真、充分，不要給學生“老師照著教輔書里的答案講課”的感覺。

但不論是哪種情況，學生在設計“套路”之前都是經過了相對周密的思考，將所掌握的物理規律結合一定的經驗事實，然后抽象概括后提出來。這本身就是科學思維的表現形式之一。教師在答疑解套的過程中，通過有效問題的啟發和引領，運用科學推理、科學論證幫助學生建構與完善模型，形成一個多層次、多結構、多序列的完整知識網絡，使各種物質及運動之間的相互關系、相互作用形成一個有機的整體，這正是科學思維的形成過程。

人們對科學事物的反映和認識，總是一點一點地、一個方面一個方面地、一個層次一個層次地、一個角度一個角度地進行，并在積累了大量知識和經驗的基礎上，形成對科學事物立體的、完整的認識。無論是課堂上教師“套路”學生，還是課下學生“套路”教師，最終都是幫助學生從物理學視角認清客觀事物的本質屬性、內在規律以及厘清相互關系。

此外，通過學生的“套路”，教師也可以反思自己的教學，糾正課堂上的一些口誤。“人非圣賢，孰能無過。”教師在課堂上偶爾出現口誤在所難免，但自己很難發現。通過傾聽學生的“套路”，教師可以糾正自己的口誤，而且通過對學生嚴謹認真的學習態度及時進行表揚，可以進一步激發學生學習物理的興趣和學習潛能。同時，若是教師及時糾正口誤，不僅不會降低在學生心目中的形象，還可以更好地展示實事求是的科學態度。教師用欣賞的眼光看待學生給自己設計“套路”，不僅可以培養學生的質疑能力，教師也可以提高和完善自己，同時還可以融洽師生關系，何樂而不為呢？

如今，筆者和筆者的學生已習慣在物理學習中為彼此設計“套路”。學生戲言：世界上最長的路就是“老胡”（學生對筆者的稱謂）的“套路”。而筆者則回復他們：世界上最深的坑就是你們的“天坑”（天天為我挖坑）。因為學生每次問問題之前都要先說：某某規律或是定理是不是這樣敘述的……你是不是說過……這道題的過程是不是……筆者現在也樂與他們“斗智斗勇”，因為在“套路”與“反套路”中筆者與學生共同進步。

基金項目：黑龍江省教育學會2019年教育研究規劃“年度關注課題”重點課題“在物理實踐活動中培養高中生科學思維的方法探究”（項目編號XHNZ2019-008）

編輯/韓曉雨