研究性學(xué)習(xí)與高中物理習(xí)題教學(xué)的和諧共振

丁 萍

摘要:研究性學(xué)習(xí)是一種課程形態(tài),通過研究性學(xué)習(xí)學(xué)生可以掌握基本的研究方法,從而培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力,形成初步的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。本文通過將研究性學(xué)習(xí)方式引入習(xí)題教學(xué)的過程探討,提出了改變高中物理教學(xué)過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀的方法。

關(guān)鍵詞:習(xí)題;研究性學(xué)習(xí)

中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-6148(2009)11(S)-0032-3

研究性學(xué)習(xí)是一種新的課程形態(tài),是指“讓學(xué)生以自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ),從感興趣的社會科學(xué)、自然科學(xué)以及生活中選擇研究專題,以個人或小組合作的方式進(jìn)行研究,讓學(xué)生掌握基本的研究方法,從而培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力,形成初步的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度”。

新課程標(biāo)準(zhǔn)要求高中物理教學(xué)改變過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀,倡導(dǎo)學(xué)生的主動參與、樂于探究、勤于動手,培養(yǎng)他們收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。所以除了從課程形態(tài)來理解和實(shí)施研究性學(xué)習(xí)以外,廣大教師也應(yīng)將研究性學(xué)習(xí)看成是一種有效的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)過程。

習(xí)題教學(xué)是高中物理課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié),一個好的習(xí)題,就是一個與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系的科學(xué)問題,學(xué)生解題的過程就是一個研究性學(xué)習(xí)的過程,學(xué)生要真正能落實(shí)新課程的教學(xué)目標(biāo)和人才培養(yǎng)方針,習(xí)題教學(xué)就應(yīng)跳出傳統(tǒng)套路,與研究性學(xué)習(xí)產(chǎn)生和諧共振。

1 引研究性學(xué)習(xí)中的信息處理方法于審題環(huán)節(jié)中

研究性學(xué)習(xí)要求學(xué)生獲得的信息素養(yǎng)是一個綜合性概念,不僅僅包括收集、獲取各類信息、各種知識的能力等一般工具性能力,更要通過對

收集到的信息與知識進(jìn)行個體化的整合與加工,通過自主、合作探究,提出有創(chuàng)造性的分析問題與解決問題的思路或想法,這也是一種核心能力。高中物理習(xí)題中包含許多的信息,有的是以數(shù)據(jù)的形式出現(xiàn)、有的是通過圖線(圖表)反映出來、還有的是隱藏在字里行間。除了從題中得到信息外,學(xué)生還需要從大腦中提取更多的知識、方法、規(guī)律等各種信息,通過對這些信息的整合和利用才能順利解決問題。

案例1圖1(a)所示為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩,下端拴一小物塊A,上端固定在C點(diǎn)且與一能測量繩的拉力傳感器相連。已知有一質(zhì)量為m0的子彈B沿水平方向以速度v0射入A內(nèi)(未穿透),接著兩者一起繞C點(diǎn)在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動。在各種阻力都可忽略的條件下,傳感器測得繩的拉力F隨時間t的變化關(guān)系如圖1(b)所示,已知子彈射入的時間極短,且圖1(b)中t=0為A、B開始以相同速度運(yùn)動的時刻。根據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中(包括圖)提供的信息,就反映懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量及A、B一起運(yùn)動過程中的守恒量,你能求得哪些定量的結(jié)果?

此題是一道開放性試題,考查考生提取新信息、探索性分析問題和解決問題的能力。本題要求學(xué)生從試題所給的F-t關(guān)系圖中獲取定量的信息,并且能夠與所給的懸掛系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)對應(yīng)起來(如下表1),從而得到反映懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量及A、B一起運(yùn)動過程中的守恒量。表1 對應(yīng)信息及運(yùn)動狀態(tài)表

圖中信息信息初步處理從頭腦提取相關(guān)信息

子彈射入AL表示繩長;初速設(shè)為v0;v1表示B陷入A內(nèi)A、B的共同速度。提取動量守恒定律的條件得:m0v0=(m0+m)v1

t=0時F最大 F1=F璵A、B一起 運(yùn)動到最低點(diǎn)時。提取牛頓第二定律得:F1-(m+m0)g=(m+m0)v12L

F=0的時刻A、B一起運(yùn)動到最高點(diǎn)時。向心力完全由重力提供:(m+m0)g=(m+m0)v22L

結(jié)合從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)過程,由機(jī)械能守恒定律得:

(m+m0)gL=12(m+m0)v22-12(m+m0)v12;

由以上信息可解得,反映系統(tǒng)性質(zhì)的物理量是A的質(zhì)量、繩長:

m=F璵3g-m0,L=9m02v02g2F璵2;

A、 B一起運(yùn)動過程中的守恒量是機(jī)械能E,若以最低點(diǎn)為勢能的零點(diǎn),則:

E=12(m+m0)v12=3m02v02g2F璵。

2 融研究性學(xué)習(xí)流程于解題過程中

圍繞一個研究性學(xué)習(xí)課題的研究過程,通常需要學(xué)生回答5個方面的問題:(1)什么是研究課題?(2)我研究的課題是什么?(3)怎樣書面陳述解決問題的步驟和方法?(4)怎樣收集和分析數(shù)據(jù)?(5)怎樣書寫結(jié)題報(bào)告?而一個習(xí)題的解決過程也要經(jīng)歷吸引、提取、猜想、設(shè)計(jì)、探索、結(jié)論、交流、拓展等過程。

案例2 某鋼繩所能承受的最大拉力是4×104N,如果用這條鋼繩使3.5t的貨物勻加速上升,則物體在7s內(nèi)發(fā)生的速度改變不能超過多少?

此問題是高一新生剛學(xué)完牛頓定律后結(jié)合運(yùn)動學(xué)知識的綜合應(yīng)用題。雖然不是難題,但在教學(xué)過程中應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生采用研究式學(xué)習(xí)模式,體驗(yàn)習(xí)題探究的過程,如圖2:

這個過程展現(xiàn)了解決問題的研究步驟,教師不是將現(xiàn)成結(jié)論告訴學(xué)生,而是學(xué)生自己在教師的指導(dǎo)下自主發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、獲得結(jié)論。

3 移研究性學(xué)習(xí)成果形式于解答表述中

在研究性學(xué)習(xí)結(jié)題階段,學(xué)生要將取得的收獲進(jìn)行歸納整理、總結(jié)提煉,形成書面和口頭報(bào)告材料。物理習(xí)題解答的表述過程是學(xué)生綜合應(yīng)用知識、規(guī)律及方法表述研究成果的過程,表達(dá)地方式也可以多樣化:除了文字解答、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、討論交流、質(zhì)疑提問等,還可以設(shè)置展板、出墻

報(bào)、編刊物(包括電子刊物)等。為了使學(xué)生能順利交流表達(dá),在剛開始運(yùn)用研究性學(xué)習(xí)方法進(jìn)行習(xí)題教學(xué)時,可設(shè)置如下流程(圖3)供學(xué)生參考,要求學(xué)生不僅僅是表述解題過程,更重要的是和同伴們交流研究思考的過程:

案例3 (如圖4所示)質(zhì)量為M的小車A左端固定一根輕彈簧,車靜止在光滑水平面上,一質(zhì)量為m的小物塊B從右端以速度v0沖上小車并壓縮彈簧,然后又被彈回,回到車右端時剛好與車保持相對靜止。求在該過程中,彈簧的最大彈性勢能E璓和全過程中系統(tǒng)摩擦生熱Q各是多少?

教師可引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題——全過程中彈簧的最大彈性勢能和摩擦生熱的計(jì)算,表述研究成果:

確定了解決問題的策略后,學(xué)生接著交流計(jì)算過程:全過程系統(tǒng)動量守恒,小物塊在車左端和回到車右端兩個時刻,系統(tǒng)的速度是相同的,即:mv0=(m+M)v;第二個過程的初、末態(tài)系統(tǒng)動能相同,彈簧的最大彈性勢能E璓恰好等于返回過程的摩擦生熱。而往、返兩個過程中摩擦生熱是相同的,所以E璓是全過程摩擦生熱Q的一半。又因?yàn)槿^程系統(tǒng)的動能損失應(yīng)該等于系統(tǒng)因摩擦而增加的內(nèi)能,所以ΔE璌=Q=2E璓。

而ΔE璌=Mmv022(M+m),

∴E璓=Mmv024(M+m),

Q=Mmv022(M+m)。

實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn):在進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的習(xí)題教學(xué)過程中,不同觀點(diǎn)的碰撞,不同思路的啟發(fā),使凝固的知識被激活了,學(xué)生的探究能力大大提高了,學(xué)好物理的信心增強(qiáng)了,解題的過程呈現(xiàn)出了豐富多彩的形式。

參考文獻(xiàn):

[1]王升.研究性學(xué)習(xí)的理論與實(shí)踐[M].北京: 教育科學(xué)出版社,2002.7

[2]鐘啟泉.研究性學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)[M].上海: 上海教育出版社,2004.12

(欄目編輯鄧 磊)