實驗情境創(chuàng)設(shè)在習題教學中的應(yīng)用研究

實驗情境創(chuàng)設(shè)在習題教學中的應(yīng)用研究

張忠明

(平湖市當湖高級中學浙江 嘉興314200)

摘 要：本文結(jié)合自身有關(guān)教學實踐，闡述了通過創(chuàng)設(shè)實驗情境開展的習題教學，指出這種習題教學方式更為注重情境分析過程中的知識建構(gòu)，在促進學生知識遷移及物理建模等思維能力的培養(yǎng)方面有其獨特優(yōu)勢，并能夠更為有效地處理以實際情境為背景，著重考查思維能力的高考試題.

關(guān)鍵詞：習題教學實驗情境物理建模情境分析

收稿日期：(2015-01-28)

國家教育部頒布的物理課程新標準，將加強科學探究作為教學要求列入課程目標與教學內(nèi)容.近年的高考物理試題經(jīng)常通過以實際的情境為背景，考查學生的科學素養(yǎng)能力及創(chuàng)新意識.習題教學貫穿在高三整個階段，是提升學科綜合能力不可或缺的一部分，然而，其教學效果往往不甚理想，學生面對以實際情境為背景，具有靈活、探究、創(chuàng)新性的試題屢屢失分.因此，為提高習題教學的整體有效性，教師有必要為需要探究的物理問題創(chuàng)設(shè)情境，通過觀察和體驗讓學生有所思、有所得，從而建立更為科學的知識結(jié)構(gòu)，在貫徹新課程標準的要求下，讓習題教學更為有效.

1從高考試題談對習題教學效果的分析與反思

【例1】如圖1所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800匝和n2=200匝的兩個線圈，上線圈兩端與u=Umsinωt的交流電源相連，其中Um=51V,ω=314rad/s.將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是

A．2.0VB．9.0V

C．12.7VD．144.0V

分析：試題情境清晰，因漏磁，理想化的變壓器電壓比公式不再成立，答案是“A”.該題考查了理想變壓器的有關(guān)知識，了解有關(guān)知識則答案并不難選，但實際考查結(jié)果不甚理想.多數(shù)學生形成思維定勢，套用理想變壓器模型而錯選“B”.不難看出，經(jīng)過大量高三習題教學，學生運用理想表達式處理問題已不在話下，但對理想化的物理模型未必有正確的理解.

【例2】某同學從標稱為“220V，25W”、“220V，300W”、“220V，500W”的3只燈泡中任選1只，正確使用多用電表測量燈泡阻值如圖2所示.該燈泡的阻值是______Ω，標稱的額定功率為______W.

圖2

通過對以上例題的分析與反思得到：

(1)大量習題的教學，學生雖知道了表達式，但只知其然，而不知其所以然，不會真正運用所學知識處理實際問題.

(2)試題創(chuàng)設(shè)情境新穎，新的情境背景下，學生不能有效進行審題分析，缺乏應(yīng)對能力，難以找到試題處理的突破點.

(3)在高三的復習過程中，學生產(chǎn)生了思維定勢，反而忽略了知識建構(gòu)過程中的有關(guān)背景及理想化物理模型的處理.

(4)課堂實驗教學缺乏有效性，學生了解過、參與過，但脫離實際生活背景沒有深入研究，不能與試題實際背景相結(jié)合，學生無法有效尋找到試題的隱含條件及臨界情況.

2實驗情境創(chuàng)設(shè)在習題教學中的應(yīng)用研究

物理學是一門系統(tǒng)發(fā)展最完整、最嚴密的以實驗為基礎(chǔ)的自然科學.其發(fā)展過程是一個循序漸進的變化過程，在這個變化過程的不同階段，其探究的思維與方法也在不斷地發(fā)展和改變.在教學活動中，通過物理實驗教學情境的創(chuàng)設(shè)，能讓學生在親身參與的經(jīng)歷中體會和理解物理規(guī)律的獲得過程，構(gòu)建出更為鞏固的物理知識和體系.現(xiàn)行物理教學的高考考查，也越來越重視在生活背景實例的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)試題，對學生的語言分析能力、物理建模能力要求非常高.在習題教學過程中，可以將實驗情境創(chuàng)設(shè)引入習題教學，培養(yǎng)學生的習題審題及建模能力，在提升習題教學的有效性方面，有著不可估量的價值.

2.1實驗情境創(chuàng)設(shè)有助于培養(yǎng)學生習題建模能力

【例3】某校物理興趣小組決定舉行遙控賽車比賽.比賽路徑如圖3所示，賽車從起點A出發(fā)，沿水平直線軌道運動L后，由B點進入半徑為R的光滑豎直圓軌道，離開豎直圓軌道后繼續(xù)在光滑平直軌道上運動到C點，并能越過壕溝.已知賽車質(zhì)量m=0.1kg，通電后以額定功率P=1.5W工作，進入豎直軌道前受到的阻力恒為0.3N，隨后在運動中受到的阻力均可不計.圖3中L=10.00m，R=0.32m，h=1.25m，s=1.50m.問：要使賽車完成比賽，電動機至少工作多長時間？(取g=10m/s2)

圖3

分析：試題考查圓周運動、平拋運動的綜合性知識，在整體把握研究對象運動規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過物理模型構(gòu)建找出制約運動過程的關(guān)鍵隱含條件——臨界狀態(tài)，運用物理綜合性知識解決實際問題.解題的關(guān)鍵在于學生能否對可做完整圓周運動、可越過壕溝的臨界狀態(tài)進行分析，即兩個臨界狀態(tài)的速度大小對比.在習題教學中，豎直圓周運動模型及平拋運動模型的處理習題非常多，但在考查中碰到時，依舊有部分學生難以下手，錯誤百出.究其原因是，大量重復性的習題讓他們成為了公式套用的機器，卻沒有真正掌握知識，理解運動狀態(tài)的臨界本質(zhì).

其實，在習題講解圓周運動的臨界過程中，大可創(chuàng)設(shè)如圖4所示的教學實驗情境，將小球多次從A處以不同的高度下落，分別研究剛好可做完整圓周運動，剛好不脫離軌道以及從C點飛出做平拋運動的水平位移.讓學生參與實驗，觀察現(xiàn)象，分析原因，獲得感受與體會，只有當學習的知識能解決生活實例中遇到的問題時，學生掌握的知識才能容易地轉(zhuǎn)化成能力.習題教學中通過創(chuàng)設(shè)實驗情境的過程，讓學生操作一下，感受一下，這樣的習題教學方法，也許比學生做10道題，教師講10道題的效果來得更好，學生也更能真正掌握構(gòu)建物理模型的能力.

圖4

2.2實驗情境創(chuàng)設(shè)有助于促進學生對科學知識的正確理解

2.3實驗情境的創(chuàng)設(shè)有助于提高學生的審題 分析物理情境的能力

【例4】傳送帶與水平面夾角為37°，皮帶以12m/s的速率運動，皮帶沿順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖5所示，今在傳送帶上端A處無速度地放上一個質(zhì)量為m的小物塊，它與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.75，若傳送帶A到B的長度為24m，g取10m/s2，則小物塊從A運動到B的時間為多少？

圖5

分析：這類傳送帶問題需要特別注重兩點,一是對物體在初態(tài)時所受滑動摩擦力方向的分析；二是對物體的速度與傳送帶的速度相等時摩擦力的有無及方向的分析.對于水平傳送帶問題，當物體與傳送帶相對靜止且物體所受彈力僅為支持力時，因物體與傳送帶間無相對運動的趨勢，故摩擦力突變?yōu)榱?，之后物體隨傳送帶一起做勻速運動；對于傾斜傳送帶問題，當物體與傳送帶相對靜止且物體所受彈力僅為支持力時，摩擦力的大小是否突變?nèi)Q于下滑力與最大靜摩擦力的關(guān)系，另外還要注意分析摩擦力的方向是否發(fā)生突變.

這類試題的分析方法，大部分學生都能知曉，但實際考查過程中，試題更注重與生產(chǎn)、生活和科技相聯(lián)系，以實際事例為背景敘述并設(shè)問，很多學生就不能從背景中抽離出關(guān)鍵信息點，學生掌握了理論知識，但運用能力卻遠未達到能夠處理實際問題的水平.其實在講解這類傳送帶的習題時，如將一些帶有傳送帶的兒童玩具帶進教室，通過實驗情境創(chuàng)設(shè)，將現(xiàn)象真實地展現(xiàn)在學生的眼前(圖6),實驗演示過程中，不斷改變傳送帶的速度，不斷改變物塊下落的高度，觀察實驗現(xiàn)象，分析運動特點，并結(jié)合習題教學，明確解題關(guān)鍵，尋找到處理問題的有用信息及試題的隱含條件，其教學效果更為有效,在以后的知識考查中，學生再面對此類問題，其正確率將顯著提升.

圖6　實驗演示示意圖

3實驗情境創(chuàng)設(shè)在習題教學中應(yīng)用的啟示

新課程要求下的試題考查，常以實際事例及問題為背景，在重視基礎(chǔ)知識的前提下，逐漸形成了考查知識和能力并重的命題思路，在實際生活事例基礎(chǔ)上，要求學生能夠經(jīng)過思維加工反映事物本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系，要求能從實際問題的情景中抽象出物理模型，有時用草圖表示出來，猶如一幅幅圖片，考查學生搜集、整理信息的能力、綜合分析及探究能力.

習題教學中，創(chuàng)設(shè)實驗情境并不是以創(chuàng)設(shè)為目的，而是在實驗情境的輔助下，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、掌握關(guān)鍵點的能力，以及培養(yǎng)學生科學探究的能力.在此基礎(chǔ)上，直到逐漸脫離實驗情境，依然能夠通過嚴密的思維探究，圍繞習題物理情境的分析為中心，培養(yǎng)“分析式”的解題思維模式，在實際問題的處理過程中學生將習慣于情境的分析.習題教學中，尤其是高三第一、二輪復習中，適當創(chuàng)設(shè)實驗情境進行課堂教學，有助于加深學生在習題教學課堂中的參與度；有助于培養(yǎng)學生在語言和行為的基礎(chǔ)上注重思維和情感的參與；有助于增強學生的體驗性，在體驗中生成能力，形成思維的起點.在實驗情境創(chuàng)設(shè)中，強化分析物理情境思維能力的培養(yǎng)并培育應(yīng)變能力.這種分析能力的提高，不僅僅在力學習題的分析中很重要，對電場、磁場中的分析同樣重要.

高三的習題教學很重要，然而在新課程標準的考查要求下，習題教學過程中要樹立“質(zhì)量重于數(shù)量，過程重于結(jié)果，模型重于題型，思路重于套路”的意識，通過創(chuàng)設(shè)實驗情境等各種有效模式的習題教學，強化學生試題物理情境分析的能力，提高學生的建模能力，培養(yǎng)學生的科學思維能力，從而更好地應(yīng)對高考考查，也更好地符合新課程總體目標的教學要求.

參 考 文 獻

1張大昌.普通高中物理課程標準(實驗).北京：人民教育出版社，2003

2張惠作.高考題對物理建模能力的要求解讀.教學月刊，2012(3)：55～59

3孟令華.新課程物理高效教學策略研究.物理教學，2012(5)：21～22