实验情境创设在习题教学中的应用研究

张忠明

(平湖市当湖高级中学浙江 嘉兴314200)

摘 要：本文结合自身有关教学实践，阐述了通过创设实验情境开展的习题教学，指出这种习题教学方式更为注重情境分析过程中的知识建构，在促进学生知识迁移及物理建模等思维能力的培养方面有其独特优势，并能够更为有效地处理以实际情境为背景，着重考查思维能力的高考试题.

关键词：习题教学实验情境物理建模情境分析

收稿日期：(2015-01-28)

国家教育部颁布的物理课程新标准，将加强科学探究作为教学要求列入课程目标与教学内容.近年的高考物理试题经常通过以实际的情境为背景，考查学生的科学素养能力及创新意识.习题教学贯穿在高三整个阶段，是提升学科综合能力不可或缺的一部分，然而，其教学效果往往不甚理想，学生面对以实际情境为背景，具有灵活、探究、创新性的试题屡屡失分.因此，为提高习题教学的整体有效性，教师有必要为需要探究的物理问题创设情境，通过观察和体验让学生有所思、有所得，从而建立更为科学的知识结构，在贯彻新课程标准的要求下，让习题教学更为有效.

1从高考试题谈对习题教学效果的分析与反思

【例1】如图1所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800匝和n2=200匝的两个线圈，上线圈两端与u=Umsinωt的交流电源相连，其中Um=51V,ω=314rad/s.将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是

A．2.0VB．9.0V

C．12.7VD．144.0V

分析：试题情境清晰，因漏磁，理想化的变压器电压比公式不再成立，答案是“A”.该题考查了理想变压器的有关知识，了解有关知识则答案并不难选，但实际考查结果不甚理想.多数学生形成思维定势，套用理想变压器模型而错选“B”.不难看出，经过大量高三习题教学，学生运用理想表达式处理问题已不在话下，但对理想化的物理模型未必有正确的理解.

【例2】某同学从标称为“220V，25W”、“220V，300W”、“220V，500W”的3只灯泡中任选1只，正确使用多用电表测量灯泡阻值如图2所示.该灯泡的阻值是______Ω，标称的额定功率为______W.

图2

通过对以上例题的分析与反思得到：

(1)大量习题的教学，学生虽知道了表达式，但只知其然，而不知其所以然，不会真正运用所学知识处理实际问题.

(2)试题创设情境新颖，新的情境背景下，学生不能有效进行审题分析，缺乏应对能力，难以找到试题处理的突破点.

(3)在高三的复习过程中，学生产生了思维定势，反而忽略了知识建构过程中的有关背景及理想化物理模型的处理.

(4)课堂实验教学缺乏有效性，学生了解过、参与过，但脱离实际生活背景没有深入研究，不能与试题实际背景相结合，学生无法有效寻找到试题的隐含条件及临界情况.

2实验情境创设在习题教学中的应用研究

物理学是一门系统发展最完整、最严密的以实验为基础的自然科学.其发展过程是一个循序渐进的变化过程，在这个变化过程的不同阶段，其探究的思维与方法也在不断地发展和改变.在教学活动中，通过物理实验教学情境的创设，能让学生在亲身参与的经历中体会和理解物理规律的获得过程，构建出更为巩固的物理知识和体系.现行物理教学的高考考查，也越来越重视在生活背景实例的基础上创设试题，对学生的语言分析能力、物理建模能力要求非常高.在习题教学过程中，可以将实验情境创设引入习题教学，培养学生的习题审题及建模能力，在提升习题教学的有效性方面，有着不可估量的价值.

2.1实验情境创设有助于培养学生习题建模能力

【例3】某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛.比赛路径如图3所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟.已知赛车质量m=0.1kg，通电后以额定功率P=1.5W工作，进入竖直轨道前受到的阻力恒为0.3N，随后在运动中受到的阻力均可不计.图3中L=10.00m，R=0.32m，h=1.25m，s=1.50m.问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？(取g=10m/s2)

图3

分析：试题考查圆周运动、平抛运动的综合性知识，在整体把握研究对象运动规律的基础上，通过物理模型构建找出制约运动过程的关键隐含条件——临界状态，运用物理综合性知识解决实际问题.解题的关键在于学生能否对可做完整圆周运动、可越过壕沟的临界状态进行分析，即两个临界状态的速度大小对比.在习题教学中，竖直圆周运动模型及平抛运动模型的处理习题非常多，但在考查中碰到时，依旧有部分学生难以下手，错误百出.究其原因是，大量重复性的习题让他们成为了公式套用的机器，却没有真正掌握知识，理解运动状态的临界本质.

其实，在习题讲解圆周运动的临界过程中，大可创设如图4所示的教学实验情境，将小球多次从A处以不同的高度下落，分别研究刚好可做完整圆周运动，刚好不脱离轨道以及从C点飞出做平抛运动的水平位移.让学生参与实验，观察现象，分析原因，获得感受与体会，只有当学习的知识能解决生活实例中遇到的问题时，学生掌握的知识才能容易地转化成能力.习题教学中通过创设实验情境的过程，让学生操作一下，感受一下，这样的习题教学方法，也许比学生做10道题，教师讲10道题的效果来得更好，学生也更能真正掌握构建物理模型的能力.

图4

2.2实验情境创设有助于促进学生对科学知识的正确理解

2.3实验情境的创设有助于提高学生的审题 分析物理情境的能力

【例4】传送带与水平面夹角为37°，皮带以12m/s的速率运动，皮带沿顺时针方向转动，如图5所示，今在传送带上端A处无速度地放上一个质量为m的小物块，它与传送带间的动摩擦因数为0.75，若传送带A到B的长度为24m，g取10m/s2，则小物块从A运动到B的时间为多少？

图5

分析：这类传送带问题需要特别注重两点,一是对物体在初态时所受滑动摩擦力方向的分析；二是对物体的速度与传送带的速度相等时摩擦力的有无及方向的分析.对于水平传送带问题，当物体与传送带相对静止且物体所受弹力仅为支持力时，因物体与传送带间无相对运动的趋势，故摩擦力突变为零，之后物体随传送带一起做匀速运动；对于倾斜传送带问题，当物体与传送带相对静止且物体所受弹力仅为支持力时，摩擦力的大小是否突变取决于下滑力与最大静摩擦力的关系，另外还要注意分析摩擦力的方向是否发生突变.

这类试题的分析方法，大部分学生都能知晓，但实际考查过程中，试题更注重与生产、生活和科技相联系，以实际事例为背景叙述并设问，很多学生就不能从背景中抽离出关键信息点，学生掌握了理论知识，但运用能力却远未达到能够处理实际问题的水平.其实在讲解这类传送带的习题时，如将一些带有传送带的儿童玩具带进教室，通过实验情境创设，将现象真实地展现在学生的眼前(图6),实验演示过程中，不断改变传送带的速度，不断改变物块下落的高度，观察实验现象，分析运动特点，并结合习题教学，明确解题关键，寻找到处理问题的有用信息及试题的隐含条件，其教学效果更为有效,在以后的知识考查中，学生再面对此类问题，其正确率将显著提升.

图6　实验演示示意图

3实验情境创设在习题教学中应用的启示

新课程要求下的试题考查，常以实际事例及问题为背景，在重视基础知识的前提下，逐渐形成了考查知识和能力并重的命题思路，在实际生活事例基础上，要求学生能够经过思维加工反映事物本质及内在联系，要求能从实际问题的情景中抽象出物理模型，有时用草图表示出来，犹如一幅幅图片，考查学生搜集、整理信息的能力、综合分析及探究能力.

习题教学中，创设实验情境并不是以创设为目的，而是在实验情境的辅助下，提高学生发现问题、掌握关键点的能力，以及培养学生科学探究的能力.在此基础上，直到逐渐脱离实验情境，依然能够通过严密的思维探究，围绕习题物理情境的分析为中心，培养“分析式”的解题思维模式，在实际问题的处理过程中学生将习惯于情境的分析.习题教学中，尤其是高三第一、二轮复习中，适当创设实验情境进行课堂教学，有助于加深学生在习题教学课堂中的参与度；有助于培养学生在语言和行为的基础上注重思维和情感的参与；有助于增强学生的体验性，在体验中生成能力，形成思维的起点.在实验情境创设中，强化分析物理情境思维能力的培养并培育应变能力.这种分析能力的提高，不仅仅在力学习题的分析中很重要，对电场、磁场中的分析同样重要.

高三的习题教学很重要，然而在新课程标准的考查要求下，习题教学过程中要树立“质量重于数量，过程重于结果，模型重于题型，思路重于套路”的意识，通过创设实验情境等各种有效模式的习题教学，强化学生试题物理情境分析的能力，提高学生的建模能力，培养学生的科学思维能力，从而更好地应对高考考查，也更好地符合新课程总体目标的教学要求.

参 考 文 献

1张大昌.普通高中物理课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003

2张惠作.高考题对物理建模能力的要求解读.教学月刊，2012(3)：55～59

3孟令华.新课程物理高效教学策略研究.物理教学，2012(5)：21～22