例談變式對(duì)初中物理教學(xué)的作用

張瑞能

(無(wú)錫市洛社初級(jí)中學(xué),江蘇無(wú)錫 214187)

教育心理學(xué)家潘菽認(rèn)為,“變式就是使提供給學(xué)生的各種直觀材料和事例不斷變換呈現(xiàn)的形式,以使其中的本質(zhì)屬性保持恒在,而非本質(zhì)屬性則不常出現(xiàn),成為可有可無(wú)的東西.”如果在物理教學(xué)中我們能夠在保持內(nèi)容本質(zhì)不變的前提下使其呈現(xiàn)形式不斷發(fā)生改變,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行靈活變式,將可以起到較好的作用.

1 有利于把握知識(shí)的本質(zhì)

馬登“現(xiàn)象圖式學(xué)”理論認(rèn)為,學(xué)習(xí)發(fā)生的前提是有效的分辨,學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)事物或現(xiàn)象往往就是從中區(qū)分出一些主要的特征,并同時(shí)將注意力聚焦于這些特征.而有效分辨的前提是變異的存在,因此,變異構(gòu)成了學(xué)習(xí)的重要前提條件.在解決問(wèn)題時(shí),將問(wèn)題或問(wèn)題中各個(gè)對(duì)象通過(guò)一般化、特殊化、具體化、類(lèi)似化等方式進(jìn)行變式,將原來(lái)問(wèn)題轉(zhuǎn)化歸結(jié)為學(xué)生比較熟悉的另一個(gè)相關(guān)問(wèn)題,再?gòu)倪@一相關(guān)問(wèn)題的解答過(guò)程或結(jié)論中,通過(guò)歸納或遷移得到原問(wèn)題的結(jié)論或者解題的啟示.根據(jù)對(duì)問(wèn)題解決的理解和預(yù)見(jiàn),可能導(dǎo)向不同的變式,在這樣的變式過(guò)程中,促進(jìn)學(xué)生把握知識(shí)的本質(zhì).如在“滑輪”一節(jié)習(xí)題教學(xué)中,筆者設(shè)計(jì)了這樣一道習(xí)題.

例1.一個(gè)輕質(zhì)圓形滑輪,如圖1所示,細(xì)線(xiàn)一端固定在地面上,另一端吊一個(gè)重物G,在軸心處用力F向上勻速拉動(dòng)滑輪,不計(jì)摩擦,求F:G.

圖1

圖2

很顯然,本題不屬于學(xué)生常見(jiàn)的滑輪類(lèi)的題目,不能通過(guò)簡(jiǎn)單地套用滑輪的特點(diǎn)、公式來(lái)解決.如果通過(guò)圖形變式,將其變換成圖2所示.

變式:橢圓形輕質(zhì)薄板中間懸掛一根細(xì)線(xiàn),當(dāng)它在圖2所示的位置平衡時(shí),求F:G.

這個(gè)裝置是不是杠桿?如果是,它的支點(diǎn)又在什么地方?

通過(guò)上述鋪墊,可以使學(xué)生理解圖1所示的裝置實(shí)質(zhì)仍然是個(gè)杠桿,從而進(jìn)一步加深他們對(duì)滑輪本質(zhì)的理解.

2 有利于拓展學(xué)生的思路

物理教學(xué)離不開(kāi)解題,解題的目的是通過(guò)解題深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,提升學(xué)生的思維水平,從而積累解題經(jīng)驗(yàn)、發(fā)展能力.在解題過(guò)程中,通過(guò)變更題目的已知條件、提問(wèn)方式來(lái)引導(dǎo)、促進(jìn)學(xué)生從不同角度思考問(wèn)題,通過(guò)對(duì)解題方法分析與比較來(lái)揭示蘊(yùn)涵于其中的思想方法以及各自的特點(diǎn)、適用范圍等,拓展學(xué)生的解題思路.

例2.如圖3所示,有一斜面高5 m,長(zhǎng)25 m,機(jī)械效率為80%,要把一個(gè)重100 N的物體勻速拉到頂端,則沿斜面向上的拉力是多少?所受斜面的摩擦力為多大?

圖3

以前學(xué)生求滑動(dòng)摩擦力通常是根據(jù)平衡力(二力平衡或同一直線(xiàn)上的幾個(gè)力平衡)的知識(shí)來(lái)解決的,可是本題中物體受力情況比較復(fù)雜,用平衡力的知識(shí)來(lái)解決對(duì)初中生來(lái)說(shuō),顯然是比較困難的.

變式1:如果是理想機(jī)械,拉力多大?(引導(dǎo)學(xué)生從功的原理的角度來(lái)進(jìn)行分析,因?yàn)槭褂萌魏螜C(jī)械都不能省功)

既然有摩擦,實(shí)際拉力必將增大,而增加的力即是克服摩擦力所需要的力,所以只要求出實(shí)際拉力,問(wèn)題就基本解決了.

變式2:通過(guò)效率的本質(zhì)——有用功和總功的比值,總功和額外功分別多大?

額外功就是克服摩擦力所不得不做的那部分功,這樣問(wèn)題就能迎刃而解了.

上述變式的基礎(chǔ)都是建立在“斜面是一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械”的前提之上,通過(guò)這樣變式處理,可以使學(xué)生對(duì)斜面這一機(jī)械有更深刻的認(rèn)識(shí),也能對(duì)效率的理解更透徹,從而加強(qiáng)知識(shí)的鏈結(jié),形成系統(tǒng)性的知識(shí),提高整體的認(rèn)知水平.

3 有利于形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)

解題過(guò)程中的變式和解題之后的變式,都是針對(duì)具體的例題、習(xí)題的,而課堂(特別是一些復(fù)習(xí)課、練習(xí)課)可能是由一系列層次遞進(jìn)的例題、習(xí)題串聯(lián)而成的,教師往往是從某個(gè)例習(xí)題出發(fā),通過(guò)逐步變式得到一系列問(wèn)題,這就是課堂例題、習(xí)題設(shè)計(jì)中的變式.通過(guò)變式設(shè)計(jì)的例題、習(xí)題,從文字到內(nèi)涵都有很多“交集”,前面的例題、習(xí)題的部分題目信息可以直接推移到后續(xù)的例題、習(xí)題中,從而可以節(jié)約學(xué)生審題時(shí)間,提高課堂容量.通過(guò)變式設(shè)計(jì)的例題、習(xí)題,還可以知道相互之間在具體背景、研究對(duì)象以及研究方法等多個(gè)方面存在著各種各樣的內(nèi)在聯(lián)系.正因?yàn)檫@樣,巧妙地運(yùn)用變式設(shè)計(jì)例題、習(xí)題,不僅可以提高課堂容量,還有利于學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu),提高課堂教學(xué)效率.

例3.一只體積為200 cm3、質(zhì)量為1 600 g的實(shí)心金屬球,問(wèn)該球是銅制的嗎?你能幫他想出辦法嗎?(ρ銅=8.9×103kg/m3)

在全面復(fù)習(xí)了密度及其變形公式的情況下,進(jìn)行變式:

變式1:質(zhì)量不變,體積為450 cm3水結(jié)成冰后,體積為多大?(ρ冰=0.9 g/cm3)

變式2:體積不變,能盛16 kg酒精的塑料桶若用來(lái)裝水,能裝多少千克?

變式3:氣體密度變式.一只鋼瓶?jī)?nèi)的氧氣密度為6 kg/m3,用去其中的后,余下的氣體的密度是多少?

通過(guò)前面的例題、習(xí)題變式設(shè)計(jì),可以幫助學(xué)生完善“密度不變、質(zhì)量不變、體積不變”3種情況下密度知識(shí)的運(yùn)用.最后又通過(guò)氣體的密度的特殊性,可以使學(xué)生進(jìn)一步理清思路,完善對(duì)這一部分知識(shí)的認(rèn)識(shí),形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu).

4 有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性

再好的教學(xué)手段、教學(xué)方式,若沒(méi)有學(xué)生的積極參與都不會(huì)收到好的效果,所以,不論是什么教學(xué)模式,其根本的出發(fā)點(diǎn)都是要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性.根據(jù)維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論,變式教學(xué)就是根據(jù)學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)水平,通過(guò)恰當(dāng)?shù)淖兪?變換同類(lèi)問(wèn)題的非本質(zhì)特征,讓問(wèn)題處于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”,使他們學(xué)習(xí)的積極性得到最大程度的激發(fā),使問(wèn)題得以解決的可能性更大,從而幫助學(xué)生達(dá)到更高的潛在水平.

例如在浮力教學(xué)時(shí),創(chuàng)設(shè)這樣的問(wèn)題:畫(huà)出在空中靜止的汽球、停在水面上的輪船所受到的力的示意圖.

思考:為什么浮力的方向是豎直向上的?

變式1:彈簧測(cè)力計(jì)下掛石塊,然后用手去托,重力和拉力相等嗎?

變式2:把石塊放入水中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變了,重力還等于拉力嗎?

這樣設(shè)置,抓住了“浮力”這節(jié)課的基本立足點(diǎn)及學(xué)生認(rèn)識(shí)的最近發(fā)展區(qū)——“平衡”,從“平衡”入手,得到向上的托力分別是空氣和水施加的,方向是“豎直向上”的,再通過(guò)以手掌托石塊的變式處理,既降低了難度,又能促使學(xué)生主動(dòng)回憶并運(yùn)用以前所學(xué)過(guò)的平衡力的知識(shí),通過(guò)層層推進(jìn),既確定了浮力的方向,也得到了兩種計(jì)算浮力的方法(漂浮時(shí)F浮=G物和稱(chēng)重法F浮=G物-F拉).

為了充分發(fā)揮變式在物理教學(xué)中的作用,教學(xué)過(guò)程中教師要有意無(wú)意地外顯這樣的變式過(guò)程與方法,讓學(xué)生能清楚地知道教師是如何將問(wèn)題逐步變化過(guò)來(lái)的,各個(gè)變式之間是什么關(guān)系.在教學(xué)過(guò)程中設(shè)置一些過(guò)渡性的語(yǔ)言,如“還能求什么”、“如果沒(méi)有這個(gè)條件”、“條件改一下,結(jié)果將如何”等,把變式的過(guò)程以生動(dòng)的方式展示出來(lái).同時(shí),專(zhuān)門(mén)安排習(xí)題課,以某一問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),展開(kāi)變式,在此過(guò)程中明確變式的常用方法,如特殊化、一般化、同條件變換、逆向思考等.

因此,教師有必要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生變式的督促,逐步將變式作為對(duì)學(xué)生的要求,平時(shí)要在一題多變、一題多解等方面對(duì)學(xué)生提出要求,讓學(xué)生逐漸把變式轉(zhuǎn)化為一種習(xí)慣.