周麗華

(江蘇省錫東高級中學(xué)，江蘇 無錫 214101)

施行變式教學(xué)突破思維障礙

周麗華

(江蘇省錫東高級中學(xué)，江蘇 無錫 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)生達到知識的遷移．本文通過結(jié)合自己的教學(xué)實際,談?wù)剬ψ兪浇虒W(xué)的認(rèn)識和看法,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)的一項重要內(nèi)容．物理教學(xué)中落實這一理念的方法很多,其中在習(xí)題課教學(xué)中,巧妙地運用各類素材進行變式訓(xùn)練,對某個例題不斷地進行拓展和深化,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)生主動探索出更好、更簡捷的方法．

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),車已前進了L,這時駕駛員關(guān)閉發(fā)動機,當(dāng)卡車和拖車都停止時,它們之間的距離為多少?

解析:從脫鉤開始,卡車先做勻加速運動,后做勻減速運動直到停止．拖車脫鉤后一直做勻減速運動直到停止．兩車的運動情況分析清楚后,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,誰能試著用其他方法求解?若學(xué)生沒有思路,不妨適時加以引導(dǎo):關(guān)閉發(fā)動機后,是什么力在做功從而引起車子動能的變化?學(xué)生很容易得到下列解法.

(2) 對卡車和拖車分別運用動能定理，得

通過對此題解法的深入探究,學(xué)生可以在有限的時間內(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用各種知識解決問題的能力．

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)生常常因為無法直接找到問題與題設(shè)條件的關(guān)聯(lián),或者無法理清復(fù)雜的物理情境而感到困惑,無從下手．此時教師如果圍繞使學(xué)生產(chǎn)生思維障礙的關(guān)鍵處,設(shè)置幾個小的問題來引導(dǎo)學(xué)生思考和討論,即將一個難度較大的問題變?yōu)槎鄠€遞進型的簡單問題,這樣可有效化解解題難度,進而使問題得以求解．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)會如何對復(fù)雜物理問題進行有效的縱深分析,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,涉及了兩個物體的多過程運動,難度較大．但若將所求問題分化為若干小問題,每個問題環(huán)環(huán)相扣,搭設(shè)認(rèn)知臺階,則可引導(dǎo)學(xué)生達到思維漸進的理想效果．如可以這樣設(shè)計小問題:

① 小車在CD軌道上的運動可分為哪些階段?

② 小車每個階段的受力及運動特征如何?

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的作用時間t?

⑤ 滑塊的運動又能劃分為哪些階段?

⑥ 滑塊每個階段有怎樣的運動特征?

⑦ 滑塊的運動與小車的運動在時間上有何關(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)生思維的獨立性，鍛煉其批判性思維

我們教師平常批改作業(yè)時,總能發(fā)現(xiàn)學(xué)生這樣或那樣的錯誤,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,已知剎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)生思考的原動力．在糾正教師錯誤出現(xiàn)根源的過程中,學(xué)生可深刻領(lǐng)會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)新意識及靈活解題能力

在教學(xué)中適時地讓學(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,它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,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)機械能守恒定律時,可引導(dǎo)學(xué)生將機械能守恒表述為3種形式:“系統(tǒng)初狀態(tài)的機械能等于系統(tǒng)末狀態(tài)的機械能”； “系統(tǒng)中一種形式機械能的增加量等于其他形式機械能的減少量”； “系統(tǒng)中一個物體機械能的增加量等于其他物體機械能的減少量”．

進行這種定律表述形式的變換訓(xùn)練,既可鍛煉學(xué)生的語言表述能力,又能加深其對定律或規(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,可謂一舉多得,不失為一種變式教學(xué)的好方法．

5 變研究對象——培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)變的思維

圖2

有時候根據(jù)實際情境靈活地選擇研究對象,或巧妙地變換研究對象,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相對靜止,試分析小車受幾個力的作用?

解析:此題求的是M的受力個數(shù),但若直接分析M的受力情況,會有諸多不確定因素．不妨先分析m的受力情況．對m,由平衡條件知:受到重力、M對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(這兩個力的合力方向為豎直向下),因為M也處于平衡狀態(tài),從而得知墻壁對小車必?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

一個專心備課的教師能夠設(shè)計一個典型但又不太復(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)生引入一個完整的知識領(lǐng)域,即所謂的“并聯(lián)思維法”．

圖3

例6.如圖3所示,一足夠長的木板質(zhì)量為M,以速度v0在光滑的水平面上向左運動,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)計問題,幾乎可將所有的力學(xué)知識融會貫通起來．

(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) 從運動學(xué)角度設(shè)問——試求最后兩物體共同的速度?求小鐵塊m向右運動的最大距離?

(3) 從功能關(guān)系角度設(shè)問——分析摩擦力分別對兩物體做了多少功?在整個過程中,產(chǎn)生的熱量為多大?

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

如此變化角度設(shè)計問題,可充分挖掘一個物理情境中潛在的各種物理知識與方法,探尋可能涉及的多個出題方向．這是鍛煉學(xué)生從多個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,一個條件的微小變化就可能會引起結(jié)果的顯著差異．因此,教師在平時的教學(xué)中,一定要利用適當(dāng)?shù)睦}或知識,變換條件進行深入討論,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的恒定速度運動,傳送帶長s=2.5m,今在其左端A將一工件輕輕放在上面,工件被帶動,傳送到右端B,已知工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,試求:工件經(jīng)多少時間由傳送帶左端A運動到右端B?

解析:工件被輕輕放在傳送帶左端,意味著工件對地初速度v0=0,但由于傳送帶對地面以v=5m/s向右勻速運動,所以工件相對傳送帶做初速度為零的勻加速直線運動,當(dāng)工件速度等于傳送帶速度時,與傳送帶保持相對靜止,一起向右做勻速運動．教師可以深挖此題,引導(dǎo)學(xué)生進一步思考:

(1) 若傳送帶長s=7.5m,則工件從左端A運動到右端B的時間?

(2) 若工件以對地速度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時間又為多少呢?

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

8 變驗證為探究——逐步培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力

實驗探究能力是新課程重點強調(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,通過對驗證性實驗的深入討論,也可開展適當(dāng)?shù)奶骄浚?/p>

圖6

例8.圖6為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為:帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題:

(1) 為完成此實驗,除了所給的器材,還需要哪些器材?

(2) 實驗中誤差產(chǎn)生的原因是什么?

這是一道比較簡單的題目,第(2)問主要考查學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,是否進行了主動的思考與探究．實際教學(xué)中,在此題的基礎(chǔ)上,再進行進一步的深度探究．在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn),重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加,并分析出原因主要是因為在重錘下落的過程中存在阻力作用．此時教師可趁機提出探究問題:

(3) 能否測定平均阻力的大小?

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

(5) 試用這些物理量和紙帶上的測量數(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?

通過對此驗證性實驗的不斷深入挖掘,變換不同的探究問題與探究要求,可使學(xué)生提高對實驗的重視度,激發(fā)其思考的主動性與思維的發(fā)散性,切實體現(xiàn)實驗探究理念．

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行對比教學(xué),可以產(chǎn)生很好的效果．

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

學(xué)生會順著教師的指引,分析得到:輕桿不只能提供拉力,還能提供推力,所以小球在最高點時受的合力可以為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)生在體驗變化的過程中,對物理模型的認(rèn)識更加清晰,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約、被控制的物理情境中的運動過程,即外因,如光滑斜面、不可伸長的輕繩、足夠長木板等,只要其中任何一種條件的變化,都會影響物體的受力或運動狀況．

仍以例9分析,我們可以以此為基點,做如下情境的演變拓展:

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

② 要使小球在運動過程中,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、場強為E的勻強電場中,要使小球完成圓周運動,v0應(yīng)滿足什么條件?

④ 若把③中的電場方向改為水平向左,場強大小不變,要使小球完成圓周運動,v0應(yīng)滿足什么條件?

⑤ 若小球處于與軌道面垂直的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為B,帶電荷量仍為+q,要使小球完成圓周運動,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)圓周運動的處理方法得以歸納統(tǒng)一．

通過對以上10種變式教學(xué)方法的分析不難看出,我們在實際習(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)計問題,使變式訓(xùn)練變得順暢自如,環(huán)環(huán)相扣,層層遞進,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,使其對物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣,實現(xiàn)課堂教學(xué)的三維目標(biāo),讓學(xué)生的思維能力在這種“潤物細(xì)無聲”的變式教學(xué)中得以提升．

1 胡國民.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)