高中物理程序性知識教學(xué)初探

【摘 要】高中物理程序性知識是高中物理的重點知識，教師教學(xué)難度大，學(xué)生難以掌握。探討程序性知識高效教學(xué)可以提高學(xué)生分析和解決問題的能力，提升教師的教學(xué)水平。程序性知識的教學(xué)要實現(xiàn)高效需要教師調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性;教學(xué)設(shè)計要符合學(xué)生的心理認知規(guī)律，不能操之過急;教學(xué)環(huán)節(jié)要齊全。

【關(guān)鍵詞】高中物理;程序性知識;高效教學(xué)

【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2016）03-0050-03

【作者簡介】姜祖國，江蘇省沭陽高級中學(xué)（江蘇沭陽，223600）教師，宿遷市高中物理骨干教師。

高中物理程序性知識是一個系統(tǒng)知識，教學(xué)不僅過程長，而且要符合學(xué)生的認知規(guī)律，教學(xué)才能高效。教師通過創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生感知、探究、認知、練習(xí)，最終生成能力。筆者通過長期的教學(xué)探索，把高中物理程序性知識的教學(xué)過程分為四個步驟：1.發(fā)現(xiàn)特征，建立概念;2.尋找關(guān)系，建立規(guī)律;3.思維引領(lǐng)，建立程序;4.應(yīng)用程序，解決問題。

一、發(fā)現(xiàn)特征，建立概念

概念是程序性知識的基本“細胞”。因此，教師要依據(jù)學(xué)生的認知規(guī)律，根據(jù)學(xué)科特點進行教學(xué)，把物理現(xiàn)象通過實驗、視頻、圖片等進行情景再現(xiàn)，讓學(xué)生通過觀察發(fā)現(xiàn)特征，最終建立概念。

1.借助趣味性實驗生成概念。

例如用范氏起電機幫助學(xué)生建立靜電場的概念。電場是客觀存在的，是帶電體周圍的一種特殊物質(zhì)，由于看不見摸不著，如何激發(fā)學(xué)生的探究興趣，對幫助學(xué)生建立靜電場的概念至關(guān)重要。教師可以通過范氏起電機先使金屬球帶電，讓學(xué)生觀察，學(xué)生沒有發(fā)現(xiàn)異常;接著，讓一位長發(fā)女生站在絕緣板上，用手觸摸范氏起電機的帶電金屬球，頭發(fā)瞬間豎起并散開。學(xué)生對此現(xiàn)象驚呼不已，產(chǎn)生濃厚的探究興趣。

教師由此提出問題：是什么使得這位同學(xué)的頭發(fā)豎起來的？為什么會豎起來？

教師設(shè)置趣味性實驗給學(xué)生體驗，在興趣的引領(lǐng)下發(fā)現(xiàn)問題，尋找答案，激發(fā)學(xué)生對帶電體相互作用的思考，引導(dǎo)學(xué)生運用已學(xué)的庫侖定律和力的知識分析實驗現(xiàn)象。實驗是一味催化劑，可以引導(dǎo)學(xué)生快速去發(fā)現(xiàn)事物的特征，建立概念。

2.巧用挑戰(zhàn)性實驗促進概念生成。

例如穩(wěn)定平衡條件教學(xué)，可以設(shè)計這樣一個挑戰(zhàn)性實驗，讓學(xué)生一只腳著地，另一只腳離地，保持平衡，扮演“金雞獨立”。為了調(diào)動學(xué)生參與的積極性，對學(xué)生進行必要的獎勵。學(xué)生有了攻擂的心態(tài)，一撥又一撥的上來挑戰(zhàn)，他們通過反思總結(jié)，最終發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

魯迅在《花邊文學(xué)·看書瑣記》中寫道：“文學(xué)雖然有普遍性，但因讀者的體驗的不同而有變化，讀者倘沒有類似的體驗，它也就失去了效力?！蔽锢硎且婚T自然科學(xué)，許多東西可以讓學(xué)生體驗，體驗到的東西使人感到真實。因此教師上課時能創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生參與體驗的，就不要用抽象的語言來表達。

二、尋找關(guān)系，建立規(guī)律

物理規(guī)律是程序性知識的“骨架”。只有建立規(guī)律，才可以系統(tǒng)地研究問題。在教學(xué)中，我們要創(chuàng)設(shè)一定的情境，激發(fā)學(xué)生探索的熱情，讓學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

實驗直觀形象，學(xué)生容易接受，因此要想創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)激情的情境，還需從實驗入手，再加以邏輯推理，使得結(jié)論更加真實可信。

1.借助實驗直觀性，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

用陰極射線管尋找?guī)щ娏Ｗ釉诖艌鲋械倪\動規(guī)律。該實驗使用的是高壓電源，當兩根導(dǎo)線靠近時，絕緣導(dǎo)線被擊穿，產(chǎn)生電火花，因此必須用絕緣手柄移動導(dǎo)線，同時為了防止高壓電源的“剩電”傷人，也必須要用絕緣手柄移動導(dǎo)線將電源放電。讓學(xué)生知道它的危險性，再讓學(xué)生進行實驗，讓學(xué)生聽到放電的嗞嗞聲，看到美麗的電火花，當磁鐵靠近時，射線偏轉(zhuǎn)，這些都會給學(xué)生留下終生難忘的記憶。

教師及時引導(dǎo)，粒子為什么偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)時遵從什么規(guī)律。通過現(xiàn)象讓學(xué)生感知到帶電粒子在磁場中受到力的作用，驗證左手定則;再用邏輯關(guān)系推導(dǎo)出帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律，這樣學(xué)生更容易接受和理解。

2.利用實驗的可體驗性，引導(dǎo)學(xué)生探究規(guī)律。

如變壓器的變壓比教學(xué)。在變壓器實驗中，為了讓學(xué)生能感知到變壓器的工作特點，設(shè)計了這樣的一個實驗，讓全班學(xué)生依次手牽手（心臟不好或有其他疾病的學(xué)生除外），一頭一尾兩個學(xué)生分別用空下的另一只手，捏住變壓器副線圈兩根接線的線頭，教師一手握住干電池，將線圈的一個接線與干電池一端接好，另一只手將另一接線在干電池另一極上輕輕地快速劃過，全班學(xué)生驚呼，同時跳了起來，手都抖了一下，不自覺地松開。教師不急不忙地說，我們從來沒有發(fā)現(xiàn)一節(jié)干電池有這么大威力！這到底是怎么回事？

本實驗中學(xué)生的驚呼聲和人群的一起跳動多角度刺激著學(xué)生，讓學(xué)生充分感知到變壓器的威力，通過觸覺感知到電流的存在，激發(fā)學(xué)生向更深層次探究，自主學(xué)習(xí)尋找規(guī)律。先讓學(xué)生感性認識，再用法拉第電磁感應(yīng)定律理性推導(dǎo)變壓器的變壓比，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)變壓比，學(xué)生更容易建立和接受規(guī)律。

3.借助實驗的啟發(fā)性，讓學(xué)生自主建立規(guī)律。

啟發(fā)的著重點在“發(fā)”，是指通過一定的方式促使學(xué)生思考、領(lǐng)悟。我們設(shè)計實驗教學(xué)的最終目的是通過學(xué)生直觀的感受，引發(fā)思考，并上升到理性認識，認識事物的發(fā)展規(guī)律。

如渦流概念的建立。我們?yōu)榱酥庇^顯示電流的存在，可以設(shè)計自制線圈接小燈泡的實驗。當線圈靠近電磁爐時小燈泡亮了，學(xué)生會感到驚奇。當學(xué)生的興趣被激發(fā)時，教師再提問會讓學(xué)生更好地理解渦流的概念。

通過創(chuàng)設(shè)一定的問題情境，激發(fā)學(xué)生探究的興趣，啟發(fā)學(xué)生尋找現(xiàn)象背后的物理規(guī)律，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，這樣設(shè)計的教學(xué)能夠產(chǎn)生較好的教學(xué)效果。

三、思維引領(lǐng)，建立程序

“思維”是程序性知識的靈魂。教師要讓學(xué)生學(xué)會分析情境，弄清楚邏輯關(guān)系，再根據(jù)情境的已知條件，推知未知的量，通過系列的思維活動，幫助學(xué)生建立分析問題、解決問題的程序，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。我們把建立程序的過程稱為建模。高中物理的程序性知識多，但建立程序的思路卻相同。教學(xué)應(yīng)從簡單到復(fù)雜，按時間先后順序，根據(jù)事物的發(fā)展規(guī)律，順應(yīng)學(xué)生的思維展開教學(xué)，才容易被學(xué)生接受。下面用實例淺談如何幫助學(xué)生建立分析程序性知識的思路。

1.建立應(yīng)用牛頓運動定律分析“疊加體”問題的程序。

建立如圖所示的模型。設(shè)地面光滑，A、B間動摩擦因數(shù)為μ，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。用隔離體法分析，對A：F-fBA=MAaA，對B：fAB=MBaB;由于B的動力是由摩擦力提供的，有最值，當摩擦力達到最大值時，加速度最大為aBmax。A的動力由拉力F提供，理想情況下可以無限增大。因此B的加速度有最值，A的加速度沒有最值。當aA>aBmax時，A與B相對滑動，因此aBmax是A與B相對滑動的臨界加速度，此時可以求出臨界拉力F0=（MA+MB）aBmax。

當F>F0時，A與B相對滑動，采用隔離體法，此時A、B間摩擦力為最大靜摩擦力;F<F0時，采用整體法，先求出加速度a，再用隔離體法求解A、B間摩擦力。

求臨界值是破解疊加體模型的關(guān)鍵。求兩物塊相對滑動的臨界加速度時采用隔離體法，分析動力是摩擦力的物體，當摩擦力達最大值時，加速度為臨界加速度，再采用整體法求臨界拉力。小于臨界拉力，初始狀態(tài)相同，先用整體法，再用隔離體法分析;大于臨界拉力，采用隔離體法分析。

2.建立應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律分析“動生”問題的程序。

創(chuàng)設(shè)如圖所示模型：一個質(zhì)量為m、電阻為r、長度為l的導(dǎo)體棒ab橫放在固定的U型金屬框架上，框架的兩邊MM′、NN′相互平行，電阻不計且足夠長。MN的電阻為R且垂直于MM′，整個裝置處于豎直向上的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。對ab棒施加垂直于棒ab的水平恒力F，棒ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM′、NN′保持良好接觸。求：（1）導(dǎo)體棒的穩(wěn)定速度v;（2）從導(dǎo)體棒開始運動到穩(wěn)定，整個電路中產(chǎn)生的熱量為Q，求該過程通過導(dǎo)體棒電量的大小。

程序建立過程：由法拉第電磁感應(yīng)定律可得，運動的導(dǎo)體棒ab充當了電源，感應(yīng)電動勢E=BLv，根據(jù)右手定則可得：導(dǎo)體棒ab中的電流方向由a→b，即b端相當于電源的正極，由閉合電路歐姆定律得I=，導(dǎo)體棒ab受到的安培力

F=BIL=，且方向向左;由牛頓第二定律得

F-=ma，可知導(dǎo)體棒做加速度越來越小的加速運動，最終導(dǎo)體棒將做勻速運動。由于FA是變力，因此，對過程分析只能用動能定理W+W=mv。由于電流是變化的，因此求電量只能先微元，再疊加，最終可得q=。

因此，對于分析電磁感應(yīng)中的“動生”問題，可以分為四個分析：（1）“源”的分析，分析電源的電動勢大小、方向、內(nèi)電阻;（2）“路”的分析，分析電路的連接方式，描述電路的參量、電路中的功能關(guān)系;（3）“狀態(tài)”的分析，分析研究對象的受力情況，判斷它的運動情況;（4）“過程”的分析，分析運動過程中的功能關(guān)系。搞清楚了“四個”分析，即弄清楚了整個過程，再根據(jù)具體情境選擇合適的突破口進行分析。

四、應(yīng)用程序，解決問題

程序性知識只有通過訓(xùn)練才能熟練掌握，最終生成技能，教師在建模的基礎(chǔ)上要加強用模，這樣建立的模型才有意義。用模型分析問題就是把原有的問題情境通過變式訓(xùn)練，讓學(xué)生靈活地運用程序性知識來分析問題。

如電磁感應(yīng)“動生”問題，可以把情境轉(zhuǎn)化為豎直軌道、傾斜軌道，即恒力相當于重力、重力的分力;再把情境轉(zhuǎn)化為有初速度的運動情況，通過不斷地變換情境，讓學(xué)生用相同的方法進行分析，最終幫助學(xué)生建立分析電磁感應(yīng)“動生”電動勢的一般分析思路。

建立新情境如圖所示，兩足夠長平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L=1m，導(dǎo)軌平面與水平面夾角α=30°，磁感應(yīng)強度B=1.0T的勻強磁場，垂直導(dǎo)軌平面斜向下，金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量m=0.01kg、導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒電阻均不計。電阻R=150Ω，電容C=0.01F，取重力加速度g=10m/s2?，F(xiàn)將金屬棒由靜止釋放。求：（1）在開關(guān)接到1的情況下，金屬棒下滑的最大速度;（2）在開關(guān)接到2的情況下，金屬棒穩(wěn)定時的加速度。

解析：（1）對導(dǎo)體棒有：mgsinθ-=ma，當加速度為0時，導(dǎo)體棒有最大速度，即

mgsinθ-=0解得v=，v=7.5m/s;（2）對導(dǎo)體棒有：mgsinθ-BIil=ma，時間t內(nèi)累加有：mgsinθ-BL=ma，mgsinθ-BL=ma，

mgsinθ-BL=ma，mgsinθ-B2L2Ca=ma變形得a=，解得a=2.5m/s2。

程序性知識的教學(xué)，是一個系統(tǒng)性教學(xué)過程。教師需要系統(tǒng)備課，進行整體、科學(xué)、符合物理學(xué)科特點的設(shè)計，并且借助實驗的直觀性，注重實驗與邏輯的結(jié)合，方可實現(xiàn)高效教學(xué)。

【參考文獻】

[1]劉進利.中學(xué)“實踐物理”課程建設(shè)的探索[J].湖南中學(xué)物理，2015（05）.

[2]姜祖國.對江蘇高考題的思考與破解對策——有效破解程序性知識疊加體模型[J].物理教學(xué)探討，2015（06）.