挖掘教材資源 實施變式教學 提升思維品質(zhì)①
——引導學生回歸物理教材的嘗試

(1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特前旗第一中學,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 014400；2. 天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)教育促進中心,天津 300457)

專題復習是高三物理課堂教學的主要課型之一，其效率直接影響教學效果與高考成績[1]。高考物理命題堅持“突出基礎性、注重綜合性、加強應用性、體現(xiàn)創(chuàng)新性”的理念，對專題復習課來說，典型例題的教學無疑成為落實好該理念的重要抓手。

近年有不少高考物理試題源于教材，高于教材，試題雖源自教材，但遵循“能力立意”的要求。要提高學生的物理問題解決能力，就要培養(yǎng)學生的思維品質(zhì)。從心理學角度講，思維品質(zhì)是思維產(chǎn)生和發(fā)展中表現(xiàn)出的個性差異。主要體現(xiàn)在思維的廣闊性與深刻性、思維的獨立性與批判性、思維的邏輯性與敏捷性三方面。具體到高中物理學科，物理思維品質(zhì)主要體現(xiàn)在：能對高中物理概念、規(guī)律有正確、全面的認識，能對相似的物理概念、規(guī)律加以區(qū)分并應用于具體事例中，能綜合所學的物理知識準確、快捷地解決問題。

倘若以物理教材中的習題素材為藍本進行拓展、變式、創(chuàng)新，無疑是提高復習效率、培養(yǎng)學生思維品質(zhì)的有效途徑。鑒于此，筆者以專題復習課教學為例，與同行們探討如何利用教材習題進行變式教學，促進物理知識建構，培養(yǎng)學生思維品質(zhì)的復習策略。

1 一題多問，加深概念和規(guī)律的理解，提升思維的深度和廣度

例1(由人教版物理選修3-2改編)：設圖1中的磁感應強度B=1T，平行導軌寬l=1m，光滑金屬棒PQ以v=1m/s速度貼著導軌向左勻速運動，R=1Ω,金屬棒PQ的質(zhì)量為m=0.1kg,電阻為0.5Ω，導線框的電阻不計。

圖1

圖2

問題1：運動的金屬棒PQ會產(chǎn)生感應電動勢，相當于電源。畫出該裝置的等效電路圖。

解：畫出電路圖如圖2所示。

問題2：通過R的電流大小等于多少？方向如何？

問題3：金屬棒PQ兩端的電勢差UPQ為多少？

問題4：整個電路消耗的電功率為多少？電阻R消耗的電功率為多少？

問題5：求金屬棒PQ所受的安培力F安。

問題6：求使金屬棒PQ向左勻速運動所需要的外力F外。

問題7：外力做功的功率為多少？克服安培力做功的功率為多少？

問題8：若撤去外力F外，則金屬棒PQ將會怎樣運動？當金屬棒PQ運動的速度為0.5m/s時，求金屬棒PQ的加速度大小和方向。

問題9：若撤去外力F外后，導體棒還能向左運動x=0.15m，則電路中通過電阻的電量為多少？

設計意圖：問題1、2、3、4、9以電磁學基礎知識為載體設計，問題5、6、7、8以動力學知識為載體設計，所有問題均以高中物理核心知識為依托，既體現(xiàn)基礎性，又彰顯了綜合性。問題是思維的起點，有不同的層次梯度，高水平的問題可以提升知識理解的深度和思維的全面性[2]。設計問題時要根據(jù)學生已有認知水平和課程標準，圍繞學科核心概念、重要物理規(guī)律，根據(jù)循序漸進、螺旋上升的原則，設計連貫的、逐級遞進的問題序列，降低綜合性問題的難度，驅(qū)動學生的認知思維向著高水平思維不斷進階。

2 一題多解，加強知識點之間的橫向?qū)Ρ?，提升思維的獨立性與批判性

例2(由人教版物理2改編)：把質(zhì)量為0.5kg的石塊從10m高處以30°角斜向右上方拋出(如圖3)，初速度是v0=5m/s。不計空氣阻力，取g=10m/s2。求石塊落地時的速度為多大？

圖3

解析：方法1：利用“動能定理”求解。

方法2：利用“機械能守恒定律”求解。

方法3：利用“運動的合成與分解”求解。

設計意圖：動力學觀點、能量觀點、動量觀點通常稱為解決力學問題的三把“金鑰匙”。2017年高考物理考試大綱完善了考核目標和考查內(nèi)容，將動量知識列為必考內(nèi)容，這為解決物理問題打開了又一扇窗。通過一題多解可以提高學生分析問題和解決問題的靈活性和創(chuàng)造性，同時，也可極大地激發(fā)學生學習物理的興趣，并使物理知識系統(tǒng)化，使得思維獨立性與批判性有較大的提升。

3 一題多變，設置梯度，促進物理知識的建構，提升思維的邏輯性與敏捷性

例3(由人教版必修2改編)：游樂場的過山車可以底朝上在圓形軌道上運行，游客卻不會掉下來(如圖4)。我們把這種情形抽象為如圖5所示的模型：弧形軌道的下端與豎直圓軌道相接。使小球從弧形軌道上端滾下，小球進入圓軌道下端后沿圓軌道運動。

圖4

圖5

變式1:已知軌道最高點P距離水平地面高為h，圓環(huán)軌道半徑為R，小球質(zhì)量為m，重力加速度為g,不計一切阻力。若該小球從P點靜止釋放后，經(jīng)過最低點B時的速度為多大？對軌道的壓力是多少？

變式2:已知圓環(huán)軌道半徑為R，小球從P點靜止釋放后，當小球經(jīng)過圓軌道最高點A時，軌道對小球的作用力恰好等于小球的重力，則P點距離地面的高度h是多少？

變式3：已知圓環(huán)軌道半徑為R，若小球從靜止釋放后，小球若能在圓軌道上完成圓周運動，P點的高度至少多大？

變式4：已知圓環(huán)軌道半徑為R，將小球從P點釋放，要求小球能通過圓形軌道最高點，且在該最高點與軌道間的壓力不能超過5mg(g為重力加速度)。求P點高度h的取值范圍？

變式5：小球從高為h的P點釋放后恰好通過半徑為R的圓軌道最高點A，若考慮阻力影響，則小球自P點運動到A點的過程中，克服阻力做功為多少？

變式6:圖6為某游樂場內(nèi)水上滑梯軌道示意圖。整個軌道在同一豎直平面內(nèi)，表面粗糙的AB段軌道與四分之一光滑圓弧軌道BC在B點水平相切。點A距水面的高度為H，圓弧軌道BC的半徑為R，圓心O恰在水面。一質(zhì)量為m的游客(視為質(zhì)點)可從軌道AB上任意位置滑下，不計空氣阻力。

圖6

(1) 若游客從A點由靜止開始滑下，到B點時沿切線方向滑離軌道落在水面D點，OD=2R，求游客滑到B點時的速度vB大小及運動過程軌道摩擦力對其所做的功Wf；

設計意圖：變式1、2旨在幫助學生樹立模型意識，培養(yǎng)建模能力，鞏固學生對基本規(guī)律的掌握；變式3、4旨在提高學生運用數(shù)學知識處理物理問題的能力；變式5、6旨對基礎知識進行整合和遷移應用，體現(xiàn)創(chuàng)新性。對例題進行廣泛變換與引申，盡可能引申出更多相關性、相似性的新問題，引導學生建構知識體系，進一步發(fā)展學生思維的敏捷性，培養(yǎng)學生良好的思維品質(zhì)。復習的目的不僅在“溫故”，更在“知新”，包括知識的加深和技能的擴展，同時對思維能力與運算能力進行訓練和再提高，尤其是使學生對知識的系統(tǒng)化能力、分析解決問題的能力上升到一個新的高度。

4 結語

中學物理教材中的習題是諸多教育專家、學者和一線教師在長期的教學實踐中積累下來的典型案例，是對教材內(nèi)容的必要補充和強化，是重要思想方法的提煉和升華，其極強的衍生性成為高考試題推陳出新的源泉。開發(fā)教材習題不僅可以提高學生對概念、規(guī)律、定理等基礎知識的理解和掌握，更重要的是可以開發(fā)學生的智力，提高學生解決問題的能力和物理思維品質(zhì)，促進學生物理核心素養(yǎng)的提高。

[1] 朱鐵成.中學物理教學案例研究與分析[M].杭州：浙江大學出版社，2012：187.

[2] 查漢華，楊海清.基于證據(jù)意識培養(yǎng)的進階式問題驅(qū)動教學[J].中學物理教學參考，2017,(6):15-17.