應(yīng)用習(xí)題變式教學(xué) 培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)

陳華琴

摘 要：習(xí)題變式教學(xué)是提高物理課堂教學(xué)效率的一種有效途徑，在課堂教學(xué)中教師利用典型題，通過“一題多解、一題多變、多題歸一、一題多果”等方法引導(dǎo)學(xué)生分析、解答，既能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)的理解、物理思想方法的掌握、解題技巧的靈活應(yīng)用，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的效果，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：習(xí)題變式；思維品質(zhì)；發(fā)散性；敏捷性；整合性；嚴(yán)密性

1 習(xí)題變式在物理教學(xué)中的必要性

物理習(xí)題在幫助學(xué)生記憶、應(yīng)用和內(nèi)化物理知識(shí)的同時(shí)，學(xué)生在解題的過程中，還能學(xué)會(huì)知識(shí)的遷移，學(xué)習(xí)解決問題的物理思想方法，解題技巧等，在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生思維的發(fā)散性、創(chuàng)新性、靈活性，所以，物理習(xí)題在落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)上有著重要的作用。然而，實(shí)際的教學(xué)現(xiàn)狀仍是教師講，學(xué)生聽，教師采用“題海戰(zhàn)術(shù)”“狂轟亂炸”，忽視了生動(dòng)活潑的物理思維過程的訓(xùn)練，這種“低效重復(fù)”的物理課堂教學(xué)，使很大一部分學(xué)生思維變的狹窄、僵化，缺乏創(chuàng)造性和變通性。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生跨越對(duì)物理學(xué)科知識(shí)的淺表認(rèn)識(shí)，達(dá)到質(zhì)的升華，真正提高學(xué)生解決問題的能力，因此可以靈活地應(yīng)用變式進(jìn)行習(xí)題教學(xué)。習(xí)題的變式教學(xué)可以通過“一題多解、一題多變、多題歸一、一題多果”等方法引導(dǎo)學(xué)生從不同的層次、不同的角度、不同的背景下思考問題，尋找多樣的問題解決途徑，尋找多種可能的答案，打破程序化的解題模式，避免由于傳統(tǒng)教學(xué)的“題海戰(zhàn)術(shù)”而造成思維定勢(shì)和思維僵化的現(xiàn)象，真正達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生良好思維品質(zhì)的目的。

2 應(yīng)用習(xí)題變式教學(xué) 培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)

2.1 用一題多解式教學(xué)，培養(yǎng)思維的發(fā)散性

一題多解是指引導(dǎo)學(xué)生對(duì)同一問題從不同角度加以思考，探求不同的解答方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)解題方法的整理歸 納[1]。運(yùn)用一題多解的方法能啟迪學(xué)生的發(fā)散性思維，幫助學(xué)生掌握多種解題規(guī)律，拓寬知識(shí)的深度和廣度，進(jìn)而幫助學(xué)生從“題海”中解脫出來。

固定在地面上的傾角為37°的斜面足夠長(zhǎng)，一物塊以一定的初速度從底端沖上斜面，當(dāng)物塊回到底端時(shí)，速度變?yōu)樵瓉淼囊话?，求物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。

解法1：根據(jù)牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式求解。

設(shè)物塊初速度為v0，沿斜面上升過程的加速度為a1，上升的最大位移為s，應(yīng)用牛頓第二定律及勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式，有：

-mgsin37°-μmgcos37°=ma1 ①

0-v02=-2a1s ②

物塊沿斜面下滑過程的加速度為a2，應(yīng)用牛頓第二定律及勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式，有

mgsin37°-μmgcos37°= ma2 ③

（v0/2）2=-2a2s ④

聯(lián)立以上四式得：μ=3/5tan37°=0.45

解法2：根據(jù)動(dòng)能定理求解。

設(shè)物塊的初速度v0，沿斜面上升的最大位移為s，根據(jù)動(dòng)能定理有：

-mgsin37°·s-μmgcos37°·s=0-mv02/2 ①

對(duì)物塊沿斜面下滑過程，根據(jù)動(dòng)能定理有

mgsin37°·s-μmgcos37°·s= m（v0/2）2/2 ②

聯(lián)立以上兩式得：μ=3/5tan37°=0.45

解法3：應(yīng)用動(dòng)量定理求解。

設(shè)物塊初速度為v0，沿斜面上升所用的時(shí)間為t1，根據(jù)動(dòng)量定理有：

（-mgsin37°-μmgcos37°）·t1=0-mv0 ①

由勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式，有s= v0t1/2 ②

設(shè)物塊沿斜面下滑所用的時(shí)間為t2，根據(jù)動(dòng)量定理有

（mgsin37°-μmgcos37°）·t2=mv0/2 ③

由勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式，有s= v0t2/4 ④

聯(lián)立以上兩式得：μ=3/5tan37°=0.45

本題從解決動(dòng)力學(xué)問題的三條規(guī)律：力的觀點(diǎn)、能量的觀點(diǎn)、動(dòng)量的觀點(diǎn)出發(fā)，通過三條不同的思維鏈，引導(dǎo)學(xué)生分析思考，既達(dá)到了復(fù)習(xí)與應(yīng)用解決動(dòng)力學(xué)問題公式、規(guī)律的目的，又使學(xué)生的思維輻射展開，拓展了學(xué)生的思維空間，訓(xùn)練了學(xué)生的發(fā)散思維能力。當(dāng)然，采用多種方法解決問題后，教師還應(yīng)讓學(xué)生篩選出最佳方法，這也是采用一題多解的最終目的。

2.2 用一題多變式教學(xué)，培養(yǎng)思維的敏捷性

一題多變是將一個(gè)問題進(jìn)行變化和改造，深入挖掘這個(gè)問題的內(nèi)涵和價(jià)值，促使學(xué)生從不同角度，以不同方式深入地思考問題，訓(xùn)練學(xué)生思維的靈活性及敏捷性[2]。

如圖1，足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，兩導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌所在的空間存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，右端接有阻值為R的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一根質(zhì)量為m的金屬棒ab放在導(dǎo)軌上，其長(zhǎng)度恰好等于導(dǎo)軌間距，并與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計(jì)。若金屬棒在平行于導(dǎo)軌的拉力作用下，以速度v向左勻速運(yùn)動(dòng)，求在金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)s距離的過程中拉力所做的功。

變式1：若棒與導(dǎo)軌間的的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，撤去拉力，金屬棒ab受到外力沖擊后，以v0的初速度向左運(yùn)動(dòng)，測(cè)得棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中通過任一截面的電量為q，求：（1）棒能運(yùn)動(dòng)的距離；（2）R上產(chǎn)生的熱量。

變式2：如圖2，整個(gè)裝置傾斜θ角，導(dǎo)軌處在垂直導(dǎo)軌平面斜向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，ab棒由靜止釋放，若金屬棒達(dá)到最大速度時(shí)沿斜面下滑的距離是s，求：（1）棒ab下滑的最大速度；（2）該過程中R上產(chǎn)生的熱量。

變式3：如圖3，整個(gè)裝置豎直放置，導(dǎo)軌處在垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，金屬棒ab緊貼導(dǎo)軌自由下滑，從金屬棒開始運(yùn)動(dòng)到電路中電流達(dá)到穩(wěn)定的過程中，電路中產(chǎn)生的熱量與電流穩(wěn)定時(shí)金屬棒的動(dòng)能相等。金屬棒與導(dǎo)軌始終接觸良好且保持水平。電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，求：（1）重力對(duì)金屬棒做功的功率；（2）金屬棒在磁場(chǎng)中下落的高度。

本組變式題的設(shè)計(jì)圍繞“金屬棒切割磁感線”這一典型的模型展開，通過一系列的條件變換、圖形變化、問題改造等多角度探討、多方法思考，有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生敏銳的洞察力和綜合分析問題的能力，使學(xué)生隨時(shí)根據(jù)變化了的情況尋求解決問題的方法，培養(yǎng)思維的敏捷性。

2.3 用多題歸一式教學(xué)，培養(yǎng)思維的整合性

多題歸一是指把多個(gè)題型各異，但本質(zhì)相同的習(xí)題歸類，通過比較、分析、歸納，抓住同類問題的共同本質(zhì)特征的一種習(xí)題變式教學(xué)方法。教師通過對(duì)這類典型題的分析、比較，科學(xué)地歸納出此類問題的解題規(guī)律和方法，幫助學(xué)生在碰到同類問題時(shí)快速呈現(xiàn)出解題的程序，迅速地對(duì)它進(jìn)行分析和綜合，使分散的思維形式向整體思維躍遷。這種“弄通一題，旁通一批”的變式教學(xué)方法，將使學(xué)生思考問題的能力得到概括性的提高。

題1：如圖4，光滑半球面上的小球通過定滑輪用力F由A點(diǎn)緩慢拉到頂端的過程中，繩的拉力F及半球面對(duì)小球的支持力FN的變化情況正確的是（ ）

A. FN增大，F(xiàn)增大 B. FN增大，F(xiàn)減小

C. FN不變，F(xiàn)減小 D. FN減小，F(xiàn)增大

題2：如圖5，用光滑鉸鏈將輕桿BO的O端鉸于固定豎直桿AO上，B端系著一根細(xì)繩且掛有重物，桿頂A處固定著光滑小滑輪，用力F拉住跨過滑輪的細(xì)繩，現(xiàn)緩慢向左拉細(xì)繩，則在桿BO與桿AO間的夾角θ逐漸減小的過程中，拉力F及桿BO所受壓力FN的大小變化情況正確的是（ ）

A. FN先減小，后增大，F(xiàn)不變

B. FN不變，F(xiàn)減小

C. F先減小，后增大，F(xiàn)N不變

D. F不變，F(xiàn)N增大

題3：如圖6，絕緣豎直的墻壁上Q處固定著質(zhì)點(diǎn)A，在Q的正上方P處用細(xì)線懸掛另一質(zhì)點(diǎn)B。A、B兩質(zhì)點(diǎn)由于帶同種電荷而相互排斥，使得細(xì)線與豎直方向成θ角，由于漏電，A、B兩質(zhì)點(diǎn)所帶電量逐漸減少，則在電荷漏完之前細(xì)線對(duì)P點(diǎn)的拉力大小變化情況正確的是（ ）

A. 逐漸增大 B. 逐漸減小

C. 保持不變 D. 先變小后變大

本組題目的解決方法可歸結(jié)為“相似三角形法”的應(yīng)用，設(shè)計(jì)的目的是幫助學(xué)生理解“形異而質(zhì)同”的一類問題：物理環(huán)境雖然千變?nèi)f化，但物理的本質(zhì)是不變的，應(yīng)用的物理方法是相同的。教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)歸納、綜合一類問題的特點(diǎn)，并能夠從這個(gè)特點(diǎn)出發(fā)，去解決相類似的問題，培養(yǎng)學(xué)生思維的整合性。

2.4 用一題多果式教學(xué)，培養(yǎng)思維的嚴(yán)密性

一題多果是指對(duì)一道習(xí)題從不同的角度分析可以得到不同的結(jié)果。這類題目的答案具有多樣性和不確定性等特點(diǎn)，通過對(duì)該類習(xí)題的訓(xùn)練，使學(xué)生能夠多側(cè)面深入分析問題，以點(diǎn)帶面，培養(yǎng)學(xué)生思維的廣闊性、嚴(yán)密性。

題1：兩個(gè)相隔一定距離的等量正點(diǎn)電荷固定不動(dòng)，在其產(chǎn)生的電場(chǎng)中，一個(gè)帶負(fù)電的粒子以某一初速度從某一位置開始運(yùn)動(dòng)，僅在電場(chǎng)力作用下，該粒子可能做什么運(yùn)動(dòng)？

題2：如圖7所示，質(zhì)量為M長(zhǎng)木板靜止在水平地面上，質(zhì)量為m滑塊以速度v0滑上木板，已知長(zhǎng)木板與地面間、滑塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ1、 μ2，木板足夠長(zhǎng)

（最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小視為相等，重力加速度為g）。試分析滑塊、長(zhǎng)木板的運(yùn)動(dòng)情況。

題1要求學(xué)生的思維不能僅僅停留在平面上，而應(yīng)該建立等量正點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)分布的空間概念，才能全面地分析出問題的答案。題2要求學(xué)生從μ1=0、 μ2≠0，μ1> μ2，μ1< μ2三種情況展開討論，從而獲得系統(tǒng)的、完善的結(jié)論。

一題多果的題型對(duì)學(xué)生思維能力的要求較高，教學(xué)中通過對(duì)這類習(xí)題進(jìn)行有效的推敲，從多側(cè)面、多角度分析、討論，使問題變得更加鮮活，使學(xué)生的邏輯思維更加嚴(yán)密。

3 結(jié)束語(yǔ)

在物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)，對(duì)提高解題能力有很大幫助，而利用習(xí)題變式教學(xué)，學(xué)生無論在學(xué)習(xí)的速度、興趣上，還是在思維的廣度、深度上，都要比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更勝一籌，更能充分挖掘?qū)W生思維的潛能，促進(jìn)思維不斷得到啟發(fā)和深化。習(xí)題變式教學(xué)方法實(shí)質(zhì)都是力圖用最少的題量、花最少的時(shí)間來獲得最佳的教學(xué)效果，這也是習(xí)題變式教學(xué)的魅力所在。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃蓓.變式教學(xué)策略在高三數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)中的實(shí)施[J].教育導(dǎo)刊，2013（6）.

[2]喬瑞英.變式在高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].呼爾浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2011.