物理習題課的高效之道

井丹丹

(浙江省天臺平橋中學,浙江 天臺 317203)

物理習題課的高效之道

井丹丹

(浙江省天臺平橋中學,浙江 天臺 317203)

本文提出高中物理習題課存在的問題,同時通過作者親身實踐主要提出3種解決策略,即教師應(yīng)具有習題課的情景包裝意識、習題課的實驗探究意識及習題課的歸納總結(jié)變通意識．每種策略都通過典型案例的說明,圖文并茂,既貼合實際也真實可信．

習題課；高效；情景；實驗探究

近幾年浙江省實施了新高考改革,一個明顯的事實是高中物理選考的學生越來越少了．究其原因,很多學生都認為高中物理抽象深奧難以學習,又感覺與生活聯(lián)系不大,這其中物理習題課是一個很大的原因．現(xiàn)行高中物理必修內(nèi)容不多,為了提高應(yīng)試成績,很多教師都是在一節(jié)新課后面配上一節(jié)習題課,特別是在一些重要的新課后甚至配有3～4節(jié)習題課．再加上本章的章末復習習題課,月考、期中考、期末考的總復習習題課及試卷分析課等,這些大大小小的習題課占據(jù)了高中學生大多數(shù)的物理課堂．但我們的物理習題又是怎樣的呢?這些物理習題中,研究對象總是一個小球、木塊、木板、電荷;空間不是水平面就是豎直面或者斜面;過程或者直線或者曲線……長此以往,物理習題課變成了教師在這些已經(jīng)抽象出來的模型中自我分析,感覺妙趣橫生,學生被動地跟著教師的引導去分析那些似乎冰冷的對象,只會感到枯燥,無趣．

物理原本是一門與實際生活聯(lián)系最廣泛的學科,如今卻在高中不受待見,遭學校領(lǐng)導唾棄,實在應(yīng)引起我們物理教師的警醒．解鈴還需系鈴人,我們物理教師在現(xiàn)在教育體制下不能一味地怪責體制,既然要成績,物理習題課重要性毋容置疑,我們不能因為要素質(zhì)教育而大大減少物理習題課．那么,如何在習題課上能點燃學生的學習激情,讓他們能積極參與,引發(fā)思考,提升物理思維能力,提高物理習題課的效率呢?筆者在教學實踐中發(fā)現(xiàn),若我們能把那些看似冰冷的習題稍加教學智慧,學生往往能從麻木中燃起興趣、煥發(fā)熱情,實現(xiàn)物理習題課的高效之道,現(xiàn)在來談?wù)勛约旱囊恍┳龇ǎ?/p>

1 情景包裝，重塑激情

蘇赫姆林斯基的教育理論認為“讓學生體驗到一種自己在親身參與掌握知識的情感,乃是喚起自身特有的對知識興趣的重要條件．當一個人不僅在認識世界,而且在認識自我的時候,就能形成興趣,沒有這種自我肯定的體驗,就不可能有對知識的真正興趣．”如果我們的物理教學能讓物理知識生活化,貼近與學生實際體驗,那么物理習題教學就應(yīng)該讓習題情景化．別忘了物理本身就是對實際的抽象,那些看似冰冷的習題模型背后都有豐富多彩的實際情景與之對應(yīng),教師若能善于思考和聯(lián)系,稍微運用教學智慧都會讓那些冰冷的小球、木塊煥發(fā)“生機”．例如自由落體運動的小球可以情景化為蘋果下落、也可以情景化為瀑布的下落、也可情景化為墜落的人等;斜面上的下滑運動可以情景化為溜滑滑梯、也可情景化為泥石流或者山坡上滑下的石頭、還可以情景化為自由滑雪運動等;水平面上的運動可以情景化為保齡球運動,也可為拉雪橇情景等．當這些習題情景化后,學生會結(jié)合自身熟悉的生活和喜聞樂見的現(xiàn)象,喚醒問題深處的思維意識,從而積極參與課堂,這時加上教師的引導再來分析這些習題,就不會顯得那么冰冷無趣了．下面筆者試舉幾例.

圖1

例1.如圖1,有一物塊在半圓球面上緩慢移動．已知物塊質(zhì)量為m,試分析物體對球面的壓力和摩擦力怎么變?

顯然這是一道冷冰冰的習題,物體居然會自發(fā)地緩慢上移.教師若只是從物理的角度進行受力分析,再運用牛頓第三定律很快就會講解完畢,但學生會有多少興趣參與聽講呢?

筆者在講解這道題目的時候換了一種說法.

圖2

美國白宮的屋頂為一半球形體,為了保衛(wèi)總統(tǒng)的安全,特勤人員每天都要從屋頂往上爬(如圖2),在他緩慢的爬動過程中,他會感到更輕松還是更困難?為什么?

首先這種情景化以保衛(wèi)白宮安全為載體,學生很感興趣．其次很多學生都憑生活體驗(小時候總在弧形斜面上爬)答出越向上爬越輕松,教師可以給予肯定．教師這時把握時機,在學生高漲的情緒中再分析其中原因也是水到渠成的事了．

圖3

例2.如圖3所示,質(zhì)量為M的電動機飛輪上固定一質(zhì)量為m的重物,重物到軸的距離為r,為了使飛輪轉(zhuǎn)動時電動機不會從地面上跳起,電動機轉(zhuǎn)動的角速度的最大值是多少?

對于這種現(xiàn)象,學生是聞所未聞、見所未見,因此離學生的體驗和認知太遠．為什么飛輪轉(zhuǎn)動會引起電動機起跳,由于本題中是用“桿”連接飛輪和電動機,桿的彈力方向朝哪里等都形成了本題的難點．由于學生沒有感知,在講解過程中對象的選取研究以及飛輪與電機的相互關(guān)系學生感到抽象,課堂表現(xiàn)漠然．

圖4

筆者在講解此題時,提出一情景:古代有一種物體叫流星錘,其質(zhì)量有時達到40 kg,鏈條長達4～6 m,現(xiàn)有一武將質(zhì)量為80 kg,他拉著鏈條中間一點,讓流星錘在豎直平面內(nèi)做圓周運動,如圖4其轉(zhuǎn)動半徑大約為1 m,為使流星錘以最大速度在最高點飛出,他不斷得加快轉(zhuǎn)動速度,為了不至于讓自己脫離地面,流星錘在最高點的速度不能超過多少?

該情景的創(chuàng)設(shè)首先引起了學生的興趣,首先從不太常見的機器變成了生動的動畫(體育運動中的鏈球或者影視作品中都能看到)．其次教師和學生可以做一些生動互動體驗(上課時可拉著一個重物轉(zhuǎn)或以拳頭做錘胳膊為桿轉(zhuǎn)動),借助繩子(或胳膊)顯現(xiàn)出了力的相互性:在最高點,錘所受拉力向下,人所受拉力向上．最后不難分析到在最高點速度越大,繩子拉力越大,對人來說,如果拉力超過人的重力,則人會被拉跳起來．再從該情景思考這道電機跳起的題目,找到相似性,學生思路豁然開朗．

2 實驗探究，突破障礙

很多教師僅在新課教學中做一下演示實驗,在習題課中就不做了．但物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的課程,任何定律都要理論推導和實驗檢驗．同樣我們的物理習題在學生利用理論分析得出結(jié)果后,學生由于缺乏感性認識,就會覺得虛假和空洞．實際上學生限于年齡很多問題是沒親身體會，難以想象的,這時有實驗的支持就會顯得具體．實驗探究不僅會增加課堂的生動性、趣味性,更會粉碎學生心中的疑慮,突破思維障礙,說服也更加有力．

圖5

例3.如圖5所示,在恒力F作用下,a、b兩物體一起沿粗糙豎直墻面勻速向上運動,則關(guān)于它們受力情況的說法正確的是

(A)a一定受到4個力.

(B)b可能受到4個力.

(C)a與墻壁之間一定有彈力和摩擦力.

(D)a與b之間一定有摩擦力.

學生在分析這道題目的時候,主要難點是a和墻面之間有沒有彈力和摩擦力,一般教師都以整體為研究對象,利用平衡條件發(fā)現(xiàn)a不受墻壁的彈力,從而也不受墻壁的摩擦力．顯然學生生活中似乎沒有這樣的情景,所以很多學生還是覺得抽象不能理解．為此筆者做了a、b這樣的模型,置于手上,先沿著墻壁勻速上推,然后脫離墻壁往上速推,如圖6．學生一目了然,瞬間就明白了．

圖6 圖7

利用上述斜面物塊裝置稍加改變還可以有更多用途,例如檢驗當物體在斜面上不同運動狀態(tài)時斜面與地面是否有摩擦力的問題．只要在斜面下面放置兩個光滑的圓柱體,讓學生看斜面稍有運動趨勢,斜面體即會運動,從而找到斜面運動趨勢,如圖7所示．把不同物塊至于斜面上,實驗表明當物體(接觸面粗糙)靜止在斜面上時,斜面體也會靜止在圓柱體上,即斜面沒有相對地面的運動趨勢,因此若斜面放置于地面上,斜面和地面沒有摩擦力;當物體(接觸面光滑)從斜面上加速下滑時,斜面體在圓柱體上相對于地面向左運動,即斜面相對與地面有向左運動趨勢,因此若斜面放置于地面上,則地面給斜面的摩擦力水平向右．

圖8

例4.如圖8所示,在豎直放置的穹形光滑支架上,一根不可伸長的輕繩通過輕質(zhì)滑輪懸掛一重物G.現(xiàn)將輕繩的一端固定于支架上的A點,另一端從B點沿支架緩慢地向C點靠近(C點與A點等高).則繩中拉力大小變化的情況是

(A) 先變小后變大.

(B) 先變小后不變.

(C) 先變大后不變.

(D) 先變大后變小.

這是一道較難的習題,很多學生基本都是在教師的引導下才能完成,即使做完了,也對結(jié)果不敢茍同,怎么角度就不變了哪?有這么奇怪的現(xiàn)象發(fā)生嗎?筆者以前總是覺得,理說通了,學生也就應(yīng)該掌握了,但后來學生再次遇到該題時一次次所犯的錯誤讓筆者不得不反省自己．為此筆者做了該試題的演示實驗,如圖9-11,把一條繩子左端固定在金屬支架上,中間掛上滑輪和鉤碼,繩長一定時把另右端點從橫梁向右移動發(fā)現(xiàn)繩子與豎直方向夾角變大,再把右端點往下移動,通過旁邊的三角標示會看到角度不變這個結(jié)果．后來事實證明這一做法讓學生印象深刻,此類題目正確率大大提高．

圖9 圖10 圖11

圖12

例5.如圖12所示,電源電動勢E=8 V,內(nèi)電阻為r=0.5 Ω,“3 V,3 W”的燈泡L與電動機M串聯(lián)接在電源上,電動機恰好正常工作,電動機的線圈電阻R0=1.5 Ω,求電動機的電流．

圖13

關(guān)于涉及到電動機電路的問題,學生總是很難理解電流、電壓、電阻的關(guān)系,況且新課學到此時,反電動勢學生還沒有學習,這就形成了學生的學習困難,為什么歐姆定律只適用于純電阻而不適用于非純電阻,只通過理論推導難以消除學生認知障礙．為此筆者特地組裝一套含電動機電路實驗,如圖13,閉合開關(guān),手先按住電動機不轉(zhuǎn),發(fā)現(xiàn)燈泡點亮,說明電流很大;松開手讓電動機轉(zhuǎn)動,發(fā)現(xiàn)燈泡變暗或者不亮,說明電流很?。搶嶒烇@示了電動機作為純電阻電路元件和非純電阻電路元件的區(qū)別,效果很好,至此學生明白二者的確不一樣．

3 走出題海,溯源求宗

題海茫茫,如果一節(jié)課教師不進行歸納講解,不進行典型題例的深刻挖掘、以點帶面,試卷上的題目和教師的講解效率低下,學生難以留下深刻的印象,試卷也變成鐵打的流水賬．習題課一定要突出重點,進行多題歸一,提煉該題中考察的主要物理規(guī)律及思維方法．所謂萬變不離其宗,這個“宗”就是此類題目的方法．在多題歸一中往往有兩種情況,一種是以同一知識為出發(fā)點進行歸納,一種是以方法進行歸類．

例如,在圓周運動習題課上以圓錐擺為例可以多題歸一,提煉表面豐富的物理情景其背后的規(guī)律具有相似性,其分析方法的一致性,如圖14．

圖14

在上述歸納中突出了向心力這一知識的使用要點:找軌跡,定圓心,受力分析尋找向心力,同時也體現(xiàn)了這幾種不同情景下方法的一致性:彈力和重力的合力提供向心力．

如果說多題歸一是“收”,習題課教學中還應(yīng)做到“放”,即遇到好題目，教師還應(yīng)突破試卷的限制,進行一題多變,甚至自編習題以適應(yīng)本類題目拓展的需要．如果不進行一題多變,教師上課的深度不夠,講得不夠“透”．而學生很可能陷入認知瓶頸,形成狹隘的思維．為此,我們應(yīng)該注意學生發(fā)散思維的培養(yǎng),而一題多變則是較容易實現(xiàn)的一種方法．例如在三力平衡中,如第一個力大小方向確定,第二個力方向一定大小不確定,第三個力大小方向都不確定,則當?shù)谌齻€力方向垂直于第二個力時有最小值．在這個問題中就可多題歸一,涉及到的知識有力學、電場、磁場，可謂包羅萬象,但方法一致．

圖15

例6.如圖15,已知物體的重力為G,為使物體保持靜止且繩子AO的方向不變(即圖中的角度α不變),需沿OB施加一個拉力,則OB繩子所需最小拉力是多少？

上述題目是動態(tài)平衡中的一道典型例題,通過三力平衡知識及平行四邊形定則不難得到:重力與OB繩子的合力必與OA在一條直線上,當繩子OB方向與OA方向垂直的時候,OB有最小值．以此題目為“母體”可以以相同方法得出以下題目的解題思路．

圖16

變式1(力學中的題目):如圖16,已知一小船停在靜水中的O點,現(xiàn)有甲乙兩個人來拉船,欲使小船沿直線OA運動．已知甲使用大小為F的力拉船,方向與OA夾角為30°,不計阻力,求乙所需施加的最小拉力及其對應(yīng)的方向．

點評:雖然本題只有兩個力,但注意到“欲使小船沿OA直線運動”,因此則甲乙兩人的合力必沿OA,接下來的思路是和例題一致的方法了．

圖17

變式2(電場中的題目):帶電小球質(zhì)量為m,帶電荷量為+q．現(xiàn)給小球以斜向右上方的初速,速度與水平方向夾角為θ,如圖17．為使小球做直線運動,需要加一勻強電場,其方向平行于紙面,求所加電場的最小值及方向．

點評:這道題目披上了電場的外衣,考察的知識點多了正電荷受電場力與電場強度的關(guān)系,還有對直線運動的的理解,難度提升,但方法依然如出一轍．

圖18

變式3(磁場中的題目):如圖18,已知導體棒ab長度為L,棒中的電流為I,斜面光滑,傾角為θ．磁場與棒垂直,但大小方向不定．為使導體棒ab靜止在斜面上,求磁感應(yīng)強度的最小值及其方向．

點評:依然是三力平衡中的極值問題,但多了磁場的包裝,由于涉及到立體空間的轉(zhuǎn)化及磁場與安培力之間的轉(zhuǎn)化,難度提高了很多,但其解題關(guān)鍵著力點沒有變．

圖19

變式4(多力問題):如圖19,斜面固定在地面上,傾角為θ,物體質(zhì)量為m,物體與斜面間的摩擦因數(shù)為μ,欲使物塊沿斜面勻速上滑,需加一拉力F,求F的最小值及其方向．

點評:此題在情景創(chuàng)設(shè)、已知條件上變化較大,若用一般方法設(shè)出F和斜面的夾角,利用正交分解結(jié)合三角函數(shù)知識可以求解,但過程較繁,運算量較大,數(shù)學知識要求較高．本題若換用思路可化繁為簡.

圖20

先對物體進行受力分析如圖20,接著合成支持力N與摩擦力f,其合力記為F′，如圖21所示,注意到支持力N與摩擦力f會隨F的變化而變化,但其合力F′的方向不變(tanα=f/N=μ)．最后用F′代替支持力N與摩擦力f后的受力分析如圖22所示,此時變?yōu)?個力的平衡問題,再用上述求極值方法即可迎刃而解．

圖21 圖22

習題的變式既是提高學生發(fā)散思維的有效途徑,亦是教師的專業(yè)成長的有效方法,因為在變式中需要教師具有較豐富的閱讀和專業(yè)知識,同時還要具備一定的創(chuàng)造能力．

習題的變式可從

一個點出發(fā),抓住某個核心,遵循層層深入的原則,從習題的創(chuàng)設(shè)情景、已知條件、問題求解上進行改編,使習題課達到形散而神不散的至高境界．

以上只是筆者在習題課教學中的一些常用的有效方法,但不管習題課采用什么教學方法,習題課若脫離學生這個主體都是失敗的,讓學生沒有興趣聽講也是失敗的,搞題海戰(zhàn)術(shù)面面俱到也是萬萬要不得的．實現(xiàn)高效習題課教學智慧并不限于此文上述方法,例如對錯題的統(tǒng)計分析、對“講”與“不講”的取舍等,它需要教師花費長時間的備課,需要投入大量的精力來思考“這樣講有效果嗎?效果好嗎?”為人師者,切不可一張試卷一節(jié)課，輕輕松松過日子．

參考文獻：

1 鄭志湖.高中物理高效課堂教學策略[M].杭州： 浙江科學技術(shù)出版社，2013：204-227.

2 張曉紅.高中物理講評課五步曲初探[J].中學物理，2015(12)：12-13.

(收稿日期：2017-06-03)

一個點出發(fā),抓住某個核心,遵循層層深入的原則,從習題的創(chuàng)設(shè)情景、已知條件、問題求解上進行改編,使習題課達到形散而神不散的至高境界．

以上只是筆者在習題課教學中的一些常用的有效方法,但不管習題課采用什么教學方法,習題課若脫離學生這個主體都是失敗的,讓學生沒有興趣聽講也是失敗的,搞題海戰(zhàn)術(shù)面面俱到也是萬萬要不得的．實現(xiàn)高效習題課教學智慧并不限于此文上述方法,例如對錯題的統(tǒng)計分析、對“講”與“不講”的取舍等,它需要教師花費長時間的備課,需要投入大量的精力來思考“這樣講有效果嗎?效果好嗎?”為人師者,切不可一張試卷一節(jié)課，輕輕松松過日子．

1 鄭志湖.高中物理高效課堂教學策略[M].杭州： 浙江科學技術(shù)出版社，2013：204-227.

2 張曉紅.高中物理講評課五步曲初探[J].中學物理，2015(12)：12-13.

2017-06-03)