變式教學(xué)提升學(xué)生解決物理問題能力的實踐研究與思考

曹義才

摘 要：縱觀當(dāng)前的物理教學(xué)，“一講就懂，一做就錯，一點就通”是教學(xué)中普遍存在的現(xiàn)象，如何在物理教學(xué)中真正實現(xiàn)做一題會一類，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的高效的教學(xué)效果，本文就變式教學(xué)促進學(xué)生提高解決問題能力，進行了實踐研究和反思。

關(guān)鍵詞：變式教學(xué)；物理問題；實踐研究

在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)：影響學(xué)生解決物理問題的最大障礙就是看到問題不能正確地建立相應(yīng)的物理模型。為了提高物理課堂教學(xué)的有效性，筆者在教學(xué)實踐中進行了變式教學(xué)促進學(xué)生提高解決問題能力進行實踐研究。

一、問題提出

縱觀當(dāng)前的物理教學(xué)，大部分就是在不停地做題、解題。教師忙碌、學(xué)生辛苦，到頭來學(xué)生物理題目解了不少，但解決問題的能力依然不足，成績也未明顯得到提高，不會做的題目還是不會做，會做的題目也只局限于見過或做過的，甚至部分同學(xué)就連做過的題目改個條件或換個背景也束手無策。究其原因，筆者認(rèn)為：原因是平時在解決物理問題時，學(xué)生和老師基本上就題論題，沒有認(rèn)真反思和總結(jié)題目背后隱藏的“故事”。解題實際問題是高中物理教學(xué)的重心，我們不能僅僅滿足得到了結(jié)果，在物理教學(xué)中還應(yīng)注意適時引導(dǎo)學(xué)生作深入研究，分析物理模型，找到解題規(guī)律，掌握規(guī)律才能走出題海，提高解決物理問題的能力。

二、實踐探索

如何在物理教學(xué)中真正實現(xiàn)做一題會一類，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的高效的教學(xué)效果，值得我們深思。本文以高一物理必修1核心問題分析為例共同探討如何利用變式教學(xué)提高教學(xué)的有效性。

例題1 如圖1所示，一物體在水平地面上做勻減速直線運動，已知v0=12m/s， vt=0，t=2s，求加速度a和位移s.

調(diào)查與分析：問題展示后，讓同學(xué)們獨立解答，筆者所任教的兩個班級共計101人，87位同學(xué)順利求出答案，正確率為86%，只是個別同學(xué)解答不夠規(guī)范。筆者所任教的高一學(xué)生生源為縣級三類生源，學(xué)生有如此高的正答率，原因很簡單：題目直接給出了已知條件，指明了運動狀態(tài)，學(xué)生只需套用勻變速直線運動規(guī)律公式就可以直接求解。

變式1：在一段平直道路上，一輛汽車遇緊急情況剎車，剎車后車輪由于在路面上滑動并留下一段筆直的剎車痕跡，如圖2所示。從監(jiān)控錄像中得知該車從剎車到停止的時間為1.5 s，剎車前的速度為15m/s，請你根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算該車剎車的的加速度和剎車痕的長度.

調(diào)查與思考：在大多數(shù)同學(xué)們順利解答例題1后，并在師生共同進行了規(guī)范解答的基礎(chǔ)上，思考變式訓(xùn)練1。結(jié)果顯示：兩個班級共計101人其中只有53位同學(xué)順利求出答案，正確率為52%。究其學(xué)生失誤原因：（1）不能把實際問題轉(zhuǎn)化為物理模型（勻減速直線運動）；（2）不能從題中讀出有效的信息（勻變速運動參量）；（3）學(xué)生還是習(xí)慣“已知、求、解”解決問題的單純思維模式。

變式2：我國殲-15艦載戰(zhàn)斗機首次在“遼寧艦”上成功降落。降落時在水平甲板上受阻攔索的攔阻，如圖3所示，速度從v0=20m/s減小到零所用時間t=2s.若將上述運動視為勻減速直線運動， 求戰(zhàn)斗機在“遼寧艦”上滑行的距離.

調(diào)查與思考：結(jié)果顯示：經(jīng)過變式1的訓(xùn)練，同學(xué)們此題的正答率為89%。研究發(fā)現(xiàn)：影響同學(xué)們解決物理問題的主要障礙是不能正確建立物理模型，在建立物理模型的基礎(chǔ)上獲取有用信息的能力不足。

變式3：在一段限速為50 km/h的平直道路上，一輛汽車遇緊急情況剎車，剎車后車輪在路面上滑動并留下9.0 m長筆直的剎車痕跡，如圖2所示。從監(jiān)控錄像中得知該車從剎車到停止的時間為1.5 s。請你根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算該車剎車前的速度，并判斷該車有沒有超速行駛.

調(diào)查與思考：

通過以上變式訓(xùn)練，大部分學(xué)生明白剎車是勻減速直線運動，也能從題中找出運動參量，但是在套用勻變速直線運動規(guī)律公式時發(fā)現(xiàn)，沒有一個公式能直接求出剎車前的速度（初速度v0）。導(dǎo)致本題正答率為38%。究其原因：很多同學(xué)在解決物理問題時還停留在一個公式計算一個結(jié)果的單一思維，缺少聯(lián)立方程尋找物理量關(guān)系的關(guān)聯(lián)思維。

例題2 如圖4所示，一物體在斜面上做勻加速直線運動，已知v0=0， a=2m/s2，s=9m，求vt .

調(diào)查與分析：例題2是物體在斜面上的勻加速直線運動，題意簡單，已知條件清晰，知識單一，加上問題1的變式操練，學(xué)生正答率高達(dá)91%。

變式1：一個質(zhì)量為m=50kg的物體，在傾斜斜面上滑行時所受的阻力為重力的0.3倍，水槽的坡度為θ=30°。若物體從斜面頂部由靜止開始滑行s=12m后經(jīng)斜槽底部的O點。求：物體滑到斜面底部O點時的速度大小.

學(xué)生失誤分析：

（1）受力分析錯誤。

（2）不能利用正交分解求合外力。

（3）聯(lián)立方程解決問題的意識欠缺。

教學(xué)啟示：加強受力分析和正交分解法的操練，有意識地培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)立方程解決問題的習(xí)慣思維。

變式2：一個滑雪的人，質(zhì)量m=75kg，以v0=2m/s的初速度沿山坡勻加速地滑下，山坡的傾角θ=30°，在t=5s的時間內(nèi)滑下的路程s=60m，求滑雪人受到的阻力（包括滑動摩擦力和空氣阻力）。

調(diào)查與分析：變式2是變式1的逆向思維，大部分學(xué)生還是不明白滑雪人受到的阻力和什么量是直接關(guān)聯(lián)的，一環(huán)扣一環(huán)，從而理清解決問題的思路。在教師點撥的基礎(chǔ)上，大約50%的學(xué)生能找到解決本題的思路。

在例題1和例題2兩個模型的基礎(chǔ)上，進行整合分析，設(shè)置以下情景。

例題3 如圖5所示為水上游樂場中 “激流勇進”的娛樂項目示意圖，人坐在船中，隨著提升機到達(dá)高處，再沿著水槽飛滑而下。假設(shè)設(shè)乘客與船的總質(zhì)量為m=120kg，在傾斜水槽和水平水槽中滑行時所受的阻力均為重力的0.3倍，水槽的坡度為θ=30°。若乘客與船從槽頂部由靜止開始滑行s=20m后經(jīng)斜槽底部的O點進入水平水槽（設(shè)經(jīng)過O點前后速度大小不變）（取g=10m/s2）。求：船進入水平水槽后繼續(xù)滑行的距離。

調(diào)查與分析：例題3是例題2和例題1的組合應(yīng)用，在例題1和2理解的基礎(chǔ)上，例題3應(yīng)該迎刃而解。然而許多同學(xué)面對綜合問題還是頭緒混亂，不知從哪里開始分析解答，往往只關(guān)注最后要解決的問題，不能分段研究，每段分別做什么運動，每段運動對應(yīng)的運動學(xué)和動力學(xué)方程如何，步步為營，寫出相應(yīng)的規(guī)律，組合成方程組。

三、教學(xué)啟示

“一講就懂，一做就錯，一點就通”是教學(xué)中普遍存在的現(xiàn)象，如何有效地減輕高中學(xué)生繁重的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)物理素養(yǎng)，是擺在物理教師面前的一個非常實際的問題。變式教學(xué)對實施有效的物理課堂教學(xué)有著十分重要的作用。

所謂變式教學(xué)，就是通過漸進式、有層次的變式訓(xùn)練，有意識地引導(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)中探究“變”的規(guī)律，從中概括出問題的本質(zhì)屬性，加深對問題的深刻理解，有效促進學(xué)生的物理學(xué)習(xí)。研究表明，變式教學(xué)是對學(xué)生進行物理技能和思維訓(xùn)練的重要手段，通過對問題的變式探索，可以提高學(xué)生的物理思維能力，改善學(xué)生的思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

1.利用變式教學(xué)把握物理概念的本質(zhì)特征

在物理概念學(xué)習(xí)中， 學(xué)生很容易犯非本質(zhì)屬性泛化的錯誤，這是非本質(zhì)屬性負(fù)遷移的結(jié)果。作為克服這類負(fù)遷移的有效方法，教學(xué)中常常運用正例變式和反例變式，幫助學(xué)生把握物理基本概念的本質(zhì)屬性。

正例變式主要體現(xiàn)為原型及其變式，在物理概念教學(xué)中，教師往往引導(dǎo)學(xué)生先建立概念的原型與典型的表象，再輔以變式訓(xùn)練，從各個角度來揭示概念的本質(zhì)屬性，使學(xué)生能恰當(dāng)?shù)亟⒏拍畹恼_的典型的表象。除了正例變式外，還必須有意識地采用反例變式，以達(dá)到對物理基本概念的深刻理解。

2.加強例題的變式教學(xué)， 促進應(yīng)用遷移

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的知識分類學(xué)習(xí)論告訴我們：程序知識或智慧技能學(xué)習(xí)一般要經(jīng)歷三個階段，其發(fā)展的最后階段是通過變式訓(xùn)練來實現(xiàn)操作技能的自動化。在知識的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用階段，加強例題的變式教學(xué)，將有助于學(xué)生獲得熟練解決問題的能力。

在例題的變式教學(xué)中，最初的變式題設(shè)計應(yīng)與例題較為相似，最后過渡到學(xué)生感到陌生的新穎題目上，這樣做是為了讓學(xué)生在練習(xí)過程中不至于遭到過多挫折而喪失繼續(xù)學(xué)習(xí)的信心，同時也促進學(xué)生概念和規(guī)則的縱向遷移。

3.變式教學(xué)與認(rèn)知策略教學(xué)相結(jié)合

變式教學(xué)不僅要讓學(xué)生在變式活動過程中進行全方位、深層次的主體性和實質(zhì)性的參與，更關(guān)鍵的是要讓學(xué)生充分認(rèn)知變式的自然性、可行性和操作性，學(xué)生意識到變式的依據(jù)、條件，意識到變式的總體方向和思路，涉及到思維的目的指向性，思維的目的指向性是個體認(rèn)知策略和元認(rèn)知的最重要的標(biāo)志， 如何進行變式的過程是一種策略運用的過程，解決“變”出來的物理問題的過程也是一種策略運用的過程，可見變式教學(xué)過程總是伴隨著認(rèn)知策略和元認(rèn)知的過程。

新課程背景下，物理探究已成為高中物理教學(xué)的重要方法，而變式教學(xué)正是進行物理探究的有效手段。在教學(xué)中，我們要始終本著“教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”的教學(xué)理念去指導(dǎo)教學(xué)，經(jīng)常對學(xué)生進行變式訓(xùn)練，以實現(xiàn)物理教學(xué)的最根本目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生具有獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。