變式教學(xué)在物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：作為一名教師，應(yīng)該成為課堂教學(xué)的組織者、參與者、引導(dǎo)者，能讓學(xué)生與教師以一種平等地位的方式進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在寬松的環(huán)境中主動(dòng)地學(xué)習(xí)，那么教師應(yīng)找到符合這種教學(xué)要求的教育教學(xué)方法，以提高課堂的教學(xué)成效，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)得到升華。

關(guān)鍵詞：能量守恒定律；牽連模型；運(yùn)動(dòng)合成與分解；變式拓展

當(dāng)前新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求下，物理教學(xué)雖然難，但只要我們針對(duì)不同的授課內(nèi)容充分地做相對(duì)應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，應(yīng)該也能很好地達(dá)到我們的教學(xué)效果。我們知道有效的物理教學(xué)方法多種多樣，那么其中一種我們?cè)诮虒W(xué)當(dāng)中經(jīng)常用到，它可以使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用已掌握的知識(shí)舉一反三，它便是變式教學(xué)。所謂變式教學(xué)，是指在教學(xué)過程中不改變問題的本質(zhì)，通過改變問題的條件或結(jié)論、轉(zhuǎn)換問題的形式或內(nèi)容，有意識(shí)、有目的地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)命題進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化，從不變的本質(zhì)中探究變的規(guī)律的一種教學(xué)方式。

圖1

例題：如圖1所示，在光滑的水平桌面上有一質(zhì)量為m的物塊A，通過光滑的定滑輪用細(xì)繩與質(zhì)量為2m的物塊B相連，繩子不可伸長(zhǎng)。現(xiàn)讓物體B由靜止釋放，當(dāng)下落高度為h時(shí)（此時(shí)A還未與滑輪接觸），物體A的速度為多少？

分析：本題為連接體問題，解題可用能量的觀點(diǎn)求解，也可以應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解。

解：設(shè)B下落h時(shí)A的速度為v，由系統(tǒng)能量守恒定律：2 mgh=12（m+2m）v2

解得：v=233gh

將此題作為原型，通過改變題中的一些情景變化，可引導(dǎo)學(xué)生思考變式1。

圖2

變式1：如圖2所示，一質(zhì)量為m的物塊A通過光滑的定滑輪用細(xì)繩與質(zhì)量為2m的物塊B相連（A、B可視為質(zhì)點(diǎn)），A位于光滑的水平面上，B套在光滑的豎直桿上。假設(shè)繩子的質(zhì)量以及繩子與定滑輪之間的摩擦力都可以忽略不計(jì)，繩子不可伸長(zhǎng)，當(dāng)物塊B從與物塊A等高位置由靜止釋放，下落高度為h時(shí)（此時(shí)A還未與滑輪接觸），細(xì)繩與水平方向的夾角是θ，則此時(shí)物體A的速度為多少？

分析：乍看模型與例題很相似，部分學(xué)生就用例題的解題方式造成誤解。實(shí)際上這里涉及一個(gè)很典型的繩（桿）牽連問題，例題當(dāng)中實(shí)際上也是這個(gè)牽連問題，但剛好是特殊情況，B物體的速度方向與繩子在同一條直線上，是平行關(guān)系，故B的速度與繩子移動(dòng)速度相同，也與A的速度大小相同。而這道題B的速度方向與繩子有夾角，故B的速度與繩子移動(dòng)速度不相同，也與A的速度不相同了。另外本題兩個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中做非勻變速直線運(yùn)動(dòng)，故牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能解。

解：將B的速度沿繩及垂直繩的方向分解有：

vBsinθ=vA

對(duì)A、B系統(tǒng)由能量守恒定律得：

2 mgh=12mvA2+12（2m）vB2

聯(lián)立以上兩式解得：vA=2ghsinθ2+sinθ。

以變式1為基礎(chǔ)，將A物體的運(yùn)動(dòng)方向也變?yōu)榕c繩子不在同一條直線上，得到變式2。

圖3

變式2：如圖3所示，有一豎直放置的“T”形架，表面光滑，滑塊A、B分別套在水平桿與豎直桿上，A、B用一不可伸長(zhǎng)的輕細(xì)繩相連，兩滑塊質(zhì)量相等，且可看做質(zhì)點(diǎn)，開始時(shí)細(xì)繩水平伸直，A、B靜止。由靜止釋放B后，當(dāng)細(xì)繩與豎直方向的夾角為60°時(shí)，滑塊B沿著豎直桿下滑高度為h，則此時(shí)物體A的速度為多少？

分析：若有了變式1的解題思想，那么變式2這道題應(yīng)該也就沒有多大的問題了，兩滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中，它們的實(shí)際速度（合速度）沿各自的桿方向，把兩者的實(shí)際速度沿繩子方向與垂直繩子方向分解，且兩者沿繩子方向的分速度相同，這樣就可以找到A、B兩者的速度關(guān)系，進(jìn)而再利用系統(tǒng)能量守恒定律就可以解決問題了。

解：當(dāng)滑塊B下落h時(shí)，設(shè)A、B的速度分別為vA、vB，則有：vAsin60°=vBcos60°，

對(duì)A、B系統(tǒng)由能量守恒定律得：

mgh=12mvA2+12mvB2

聯(lián)立以上兩式解得：vA=2gh2。

有了變式2的解題思路，那么我們還可以將繩牽物模型轉(zhuǎn)換為桿牽物模型，得到變式3。

圖4

變式3：如圖4所示，A、B兩個(gè)滑塊通過轉(zhuǎn)軸用長(zhǎng)度為L(zhǎng)的剛性輕桿連接，兩滑塊質(zhì)量均為m，A套在光滑豎直桿上，B放在光滑水平地面上，A、B可視為質(zhì)點(diǎn)，現(xiàn)由于輕微擾動(dòng)，A、B由靜止開始運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)A滑到地面時(shí)，求此時(shí)A、B兩滑塊的速度分別為多少？

分析：本題同樣應(yīng)注意牽連問題，把A、B兩者的實(shí)際速度分解為沿桿的方向與垂直桿的方向，找出A、B兩者的速度關(guān)系。應(yīng)注意A、B各自研究機(jī)械能不守恒，系統(tǒng)研究機(jī)械能守恒，同時(shí)受力分析時(shí)應(yīng)注意輕桿作用力的方向。

解：設(shè)當(dāng)輕桿與豎直桿的夾角為α，A、B兩滑塊的速度大小分別為vA和vB，

則有：vAcosα=vBsinα

當(dāng)A到達(dá)底端時(shí)，α為90°，則vB=0，根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律得：mAgL=12mAvA2，解得：vA=2gL。

在以上所舉的變式當(dāng)中，我們通過改變問題的條件或物理情景，但問題的本質(zhì)實(shí)際沒有改變，從不同側(cè)面、不同層次，反映了繩、桿牽連的這一類題型的解題思路，從而幫助學(xué)生能得心應(yīng)手地去面對(duì)此類問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]刁春美.變式在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2006.

作者簡(jiǎn)介：

陳家存，福建省福州市，永泰縣第一中學(xué)。