周丽华

(江苏省锡东高级中学，江苏 无锡 214101)

施行变式教学突破思维障碍

周丽华

(江苏省锡东高级中学，江苏 无锡 214101)

新课程标准要求培养学生创新能力,而“变式”是培养创新能力的有效途径之一．通过变更事物的表现形式或变换观察事物的角度,从而使学生达到知识的迁移．本文通过结合自己的教学实际,谈谈对变式教学的认识和看法,引导学生从“变”的现象中发现“不变”的本质,从“不变”的本质中探索出“变”的规律,从而培养学生大胆参与、勇于探索、敢于创新的精神．

变式教学； 思维； 方法

在探究性学习中培养学生创新思维既是新课程的教学理念,也是中学物理教学的一项重要内容．物理教学中落实这一理念的方法很多,其中在习题课教学中,巧妙地运用各类素材进行变式训练,对某个例题不断地进行拓展和深化,有利于启迪学生的思维能力,通过触类旁通,提高学生的应变能力．

1 变解法——培养学生的发散思维

一题多解是训练学生发散思维的传统好方法．在教学过程中,教师应启发学生主动探索出更好、更简捷的方法．

例1.质量为M的卡车,拖着质量为m的拖车以速度v在平直公路上匀速行驶,已知阻力为车重的k倍．途中拖车突然脱钩,从脱钩到驾驶员发现,车已前进了L,这时驾驶员关闭发动机,当卡车和拖车都停止时,它们之间的距离为多少?

解析:从脱钩开始,卡车先做匀加速运动,后做匀减速运动直到停止．拖车脱钩后一直做匀减速运动直到停止．两车的运动情况分析清楚后,自然想到下列解法.

介绍完此常规解法后,教师可指出，此法比较常规,但绝不是解决此题的唯一途径,谁能试着用其他方法求解?若学生没有思路,不妨适时加以引导:关闭发动机后,是什么力在做功从而引起车子动能的变化?学生很容易得到下列解法.

(2) 对卡车和拖车分别运用动能定理，得

通过对此题解法的深入探究,学生可以在有限的时间内,从不同的角度、不同的侧面来思考物理问题,活跃学生的解题思路,开阔视野,提高学生的思维能力和灵活运用各种知识解决问题的能力．

2 变问法——培养学生的纵向思维能力及判断推理能力

一道难题,学生常常因为无法直接找到问题与题设条件的关联,或者无法理清复杂的物理情境而感到困惑,无从下手．此时教师如果围绕使学生产生思维障碍的关键处,设置几个小的问题来引导学生思考和讨论,即将一个难度较大的问题变为多个递进型的简单问题,这样可有效化解解题难度,进而使问题得以求解．更重要的是,学生在经历多次这样的思维训练后,能渐渐学会如何对复杂物理问题进行有效的纵深分析,并在深入讨论的过程中,使自己的判断推理能力得到提高．

图1

(1) 恒力F的作用时间t;

(2)AB与CD的高度差h．

解析:此题物理情境比较复杂,涉及了两个物体的多过程运动,难度较大．但若将所求问题分化为若干小问题,每个问题环环相扣,搭设认知台阶,则可引导学生达到思维渐进的理想效果．如可以这样设计小问题:

① 小车在CD轨道上的运动可分为哪些阶段?

② 小车每个阶段的受力及运动特征如何?

③ 根据题设条件画出小车的行程图,你能将已知量、未知量及相关量标示出来吗?

④ 能否根据行程图,求出小车受恒力F的作用时间t?

⑤ 滑块的运动又能划分为哪些阶段?

⑥ 滑块每个阶段有怎样的运动特征?

⑦ 滑块的运动与小车的运动在时间上有何关系?

如此变化设问方式,可以把这样一道难题迎刃而解．学生在不知不觉中已渐渐深入到复杂的物理情境中,题设的障碍被一步步消除,解决问题自然水到渠成．

3 变角色——提高学生思维的独立性，锻炼其批判性思维

我们教师平常批改作业时,总能发现学生这样或那样的错误,订正后还是重复出现,怎样做才能改善这种现象?不妨尝试角色互换．

例3.以10m/s的速度匀速行驶的汽车,突然发现前面紧急状况刹车,已知刹车后获得的加速度大小为2m/s2,求刹车后8s通过的位移是多少?

这样的角色变换训练,能激发起学生思考的原动力．在纠正教师错误出现根源的过程中,学生可深刻领会物理情境的来龙去脉,理解物理现象的本质、物理规律的适用条件,而不是机械地照搬公式解题．通过这样的教学方式,可提高学生思维的独立性与严密性,当然也培养了学生的批判性思维．

4 变定律——培养学生的创新意识及灵活解题能力

在教学中适时地让学生尝试用不同的表述形式描述某一定律或规律,可产生很好的学习效果．

例4.学习电荷守恒定律“电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,系统的电荷总数保持不变”后,可引导学生将其表述形式变化为“一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变”.学习机械能守恒定律时,可引导学生将机械能守恒表述为3种形式:“系统初状态的机械能等于系统末状态的机械能”； “系统中一种形式机械能的增加量等于其他形式机械能的减少量”； “系统中一个物体机械能的增加量等于其他物体机械能的减少量”．

进行这种定律表述形式的变换训练,既可锻炼学生的语言表述能力,又能加深其对定律或规律本质的理解,更能培养学生的创新能力,还能在今后的解题中派上用场,可谓一举多得,不失为一种变式教学的好方法．

5 变研究对象——培养学生灵活应变的思维

图2

有时候根据实际情境灵活地选择研究对象,或巧妙地变换研究对象,可排除困难．

例5.如图2所示,斜面小车M静止在光滑水平面上,一端贴紧墙壁．若再在斜面上加一物体m,且M、m相对静止,试分析小车受几个力的作用?

解析:此题求的是M的受力个数,但若直接分析M的受力情况,会有诸多不确定因素．不妨先分析m的受力情况．对m,由平衡条件知:受到重力、M对它的支持力及沿斜面向上的摩擦力,且支持力与摩擦力的合力方向肯定竖直向上,然后再分析M,不难得到M受重力、地面的支持力、m的压力及摩擦力(这两个力的合力方向为竖直向下),因为M也处于平衡状态,从而得知墙壁对小车必无作用力．

学生通过此类题目的训练,可提高思维的灵活性,能够从复杂多变的物理情境中捕捉到解题的突破口,合理安排思考的顺序．

6 变角度——锻炼学生的全面性思维、多角度思维

一个专心备课的教师能够设计一个典型但又不太复杂的物理情境,去帮助学生挖掘情境所涉及的各方面问题,从而把学生引入一个完整的知识领域,即所谓的“并联思维法”．

图3

例6.如图3所示,一足够长的木板质量为M,以速度v0在光滑的水平面上向左运动,一质量为m(m

分析:此物理情境涉及高中物理中非常典型的一类模型——“滑块与滑板”模型,若能将此题巧妙地从不同角度来设计问题,几乎可将所有的力学知识融会贯通起来．

(1) 从力学角度设问——试分析两物体各自的受力情况及各自产生的加速度．

(2) 从运动学角度设问——试求最后两物体共同的速度?求小铁块m向右运动的最大距离?

(3) 从功能关系角度设问——分析摩擦力分别对两物体做了多少功?在整个过程中,产生的热量为多大?

(4) 从动量角度设问——分析两物体各自动量的变化,并判断系统动量是否守恒?

如此变化角度设计问题,可充分挖掘一个物理情境中潜在的各种物理知识与方法,探寻可能涉及的多个出题方向．这是锻炼学生从多个角度思考物理问题的好方法,它既克服了思维的片面性,也提高了思维的灵活性．

7 变条件——锻炼学生思维的严谨性

物理是一门非常严谨的学科,一个条件的微小变化就可能会引起结果的显著差异．因此,教师在平时的教学中,一定要利用适当的例题或知识,变换条件进行深入讨论,以提高学生思维的严谨性．

图4

例7.如图4所示,水平传送带以5m/s的恒定速度运动,传送带长s=2.5m,今在其左端A将一工件轻轻放在上面,工件被带动,传送到右端B,已知工件与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,试求:工件经多少时间由传送带左端A运动到右端B?

解析:工件被轻轻放在传送带左端,意味着工件对地初速度v0=0,但由于传送带对地面以v=5m/s向右匀速运动,所以工件相对传送带做初速度为零的匀加速直线运动,当工件速度等于传送带速度时,与传送带保持相对静止,一起向右做匀速运动．教师可以深挖此题,引导学生进一步思考:

(1) 若传送带长s=7.5m,则工件从左端A运动到右端B的时间?

(2) 若工件以对地速度v0=5m/s滑上传送带呢?

(3) 若工件以速度v0=7m/s滑上传送带,情况又如何?

(4) 若工件以v0=3m/s呢?

图5

(5) 本题若传送带与水平面间倾角θ=37°,如图5所示,其他条件不变,那么工件由A滑到B时间又为多少呢?

像这样以一道简单的传送带模型为例,变换条件,步步设问,可获得不同的时间结果,从而将物体在传送带上的运动问题集中解决．此形式更能开阔学生的物理视野,使其体会题设条件中一个看似微小的变化对结论的影响,进而在潜移默化中培养学生思维的严谨性．

8 变验证为探究——逐步培养学生的实验探究能力

实验探究能力是新课程重点强调的,我们要将探究的理念渗透在平常教学的过程中．例如,通过对验证性实验的深入讨论,也可开展适当的探究．

图6

例8.图6为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题:

(1) 为完成此实验,除了所给的器材,还需要哪些器材?

(2) 实验中误差产生的原因是什么?

这是一道比较简单的题目,第(2)问主要考查学生在学习过程中,是否进行了主动的思考与探究．实际教学中,在此题的基础上,再进行进一步的深度探究．在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加,并分析出原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用．此时教师可趁机提出探究问题:

(3) 能否测定平均阻力的大小?

(4) 若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g,还需要测量哪个物理量?

(5) 试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力F的大小?

通过对此验证性实验的不断深入挖掘,变换不同的探究问题与探究要求,可使学生提高对实验的重视度,激发其思考的主动性与思维的发散性,切实体现实验探究理念．

9 变模型——培养学生的比较和鉴别能力

高中物理有许多成对出现的模型,如“轻绳与轻杆”类模型、“中心星与双星”模型等,教学中教师若能应用变换模型的方式进行对比教学,可以产生很好的效果．

例9.质量为m的小球用一长为L不可伸长的轻绳系住,绳的另一端固定在竖直平面内完成圆周运动,在最低点应给小球多大的初速度v0?

学生会顺着教师的指引,分析得到:轻杆不只能提供拉力,还能提供推力,所以小球在最高点时受的合力可以为0,即vmin=0.

这样将题目稍作变化,便得到另一种与之相似、但存在本质差别的新模型,从而使学生在体验变化的过程中,对物理模型的认识更加清晰,学生的比较和鉴别能力也在切身经历中得以锻炼与提高．

10 变情境——培养学生思维能力的纵深发展

我们知道,解决物理问题时情境分析最为关键．从哲学角度讲,事物的发展变化取决于内因和外因．外因是变化的条件,外因必须通过内因起作用．物理过程是物体在一种被简约、被控制的物理情境中的运动过程,即外因,如光滑斜面、不可伸长的轻绳、足够长木板等,只要其中任何一种条件的变化,都会影响物体的受力或运动状况．

仍以例9分析,我们可以以此为基点,做如下情境的演变拓展:

① 若在O点正下方距离为1/3L的O′处有一钉子,要使小球绕O′点完成圆周运动,v0应满足什么条件?

② 要使小球在运动过程中,绳始终被拉紧,v0应满足什么条件?

③ 若小球带电荷量为+q,且处于竖直向上(或向下)的、场强为E的匀强电场中,要使小球完成圆周运动,v0应满足什么条件?

④ 若把③中的电场方向改为水平向左,场强大小不变,要使小球完成圆周运动,v0应满足什么条件?

⑤ 若小球处于与轨道面垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B,带电荷量仍为+q,要使小球完成圆周运动,v0应满足什么条件?

情境变式比较符合学生思维的渐变发展,一方面开拓了学生的思维空间,另一方面使不同情境下竖直平面内圆周运动的处理方法得以归纳统一．

通过对以上10种变式教学方法的分析不难看出,我们在实际习题教学中要变“练”题为“用”题,题不在多,将典型习题不断地进行拓展和变化,多思考,深挖掘．教师在教学中要合理地设计问题,使变式训练变得顺畅自如,环环相扣,层层递进,从而为学生的思维发展提供更广阔的物理空间,也可以把学生从题海中解脱出来,使其对物理学习产生兴趣,实现课堂教学的三维目标,让学生的思维能力在这种“润物细无声”的变式教学中得以提升．

1 胡国民.高中物理解题方法与思维训练[M].武汉:华中科技大学出版社，2005.

2 庄盛文.高中物理解题王[M].大连:大连理工大学出版社,2005.

3 刘力.新课程理念下的物理教学论[M].北京:科学出版社,2007.

2017-03-30)