在“套路”與“反套路”中培養(yǎng)學生的物理思維

胡崇春

“套路”是指按照習慣思維或固有定式解決或處理問題的一種方式、方法，物理建模思想就是形成一種“套路”。當然，“套路”也可以是利用對方的思維定式，通過精心策劃把對方引向“歧途”的一種設(shè)計。筆者在物理教學中習慣于運用“套路”套住學生的思維，更善于運用“反套路”激發(fā)學生的科學思維，在“套路”與“反套路”中培養(yǎng)學生物理學科的核心素養(yǎng)。

例如，在學習帶電粒子在復合場中運動時，學生常常會被“套路”套住。

例1.在方向如圖所示的勻強電場（場強為E）和勻強磁場（磁感應(yīng)強度為B）共存的場區(qū)中，一電子沿垂直電場線和磁感線的方向以速度v0射入場區(qū)，設(shè)電子射出場區(qū)時的速度為v，則（ ）

A.若v0>E/B，電子沿軌跡Ⅰ運動，射出場區(qū)時，速度v

B.若v0>E/B，電子沿軌跡Ⅱ運動，射出場區(qū)時，速度v>v0

C.若v0v0

D.若v0

分析：本題考查“速度選擇器”原理。電子進入電磁場中，受到洛倫茲力與電場力兩個力作用，由已知條件，分析兩個力的大小，由左手定則判斷出洛倫茲力方向，確定出電場力方向，即可確定電子的偏轉(zhuǎn)方向，根據(jù)電場力做功的正負，分析速度的變化。若v0=E/B，則qv0B=qE，即洛倫茲力等于電場力，電子做勻速直線運動，動能不變，速度不變，故速度v=v0;若v0>E/B，則qv0B>qE，即洛倫茲力大于電場力，電子向下偏轉(zhuǎn)，沿軌跡Ⅱ運動，洛倫茲力不做功，而電場力對電子負功，動能減小，速度減小，故速度vv0，因此C正確，D錯誤。所以選C。

講解了本題后，筆者又提出了以下問題：

（1）若質(zhì)量為m，帶電量為q的負電粒子（重力加速度為g）以水平速度v0進入無電場、無磁場區(qū)域，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（2）若該粒子水平射出的同時加豎直向上的勻強電場，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（3）若該粒子水平射出的同時加豎直向下的勻強電場，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（4）若該粒子水平射出后，在（3）的基礎(chǔ)上加以垂直直面向里的勻強磁場B，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

學生在回答問題（1）時很容易畫出拋物線運動軌跡，答出平拋運動;回答問題（2）時也較容易畫出拋物線運動軌跡，答出類平拋運動;然而，回答問題（3）時，學生很容易被“套路”，畫出拋物線運動軌跡，答類平拋運動。此時，筆者不動聲色，亦暫不做評價，問大家能否都理解這個過程，是否有疑問。若學生有疑問，則讓他提出疑問，并發(fā)表意見;若學生無疑問，筆者會追問：題中給出電場力和重力的大小關(guān)系了嗎？我們應(yīng)該怎樣做？學生此時會意識到他們陷入了思維定式，被筆者“套住”。在此過程中，培養(yǎng)了他們猜想、假設(shè)、推理、論證的科學思維，學生也更清晰平拋和類平拋運動的條件，對問題（4）能做出準確判斷并學會分析v0 =（qE-mg）/qB、v0>（qE-mg）/qB、v0<（qE-mg）/qB不同情況下的運動規(guī)律。

“老師是學生的鏡子，學生是老師的影子”——我的學生在向我詢問的過程中也學會了“套路”——即在問問題之前先引經(jīng)據(jù)典，亦或是先引用教師課上的話語或結(jié)論，之后再提出與之矛盾的問題，使教師陷入進退維谷的境地。

仍然是在帶電粒子在復合場中運動部分的課上，一位學生這樣問筆者：老師，你不是說過做變速運動的物體，a=0時，速度最大;v=0時，加速度最大。我按您的方法做這道題，怎么與答案不一樣呢？

例2.如圖所示，套在很長的絕緣直棒上帶正電的小球，其質(zhì)量為m，帶電荷量為+q，小球可在棒上滑動，現(xiàn)將此棒豎直放在互相垂直的勻強電場和勻強磁場中，電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B，小球與棒的動摩擦因數(shù)為μ，求小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度（設(shè)小球電荷量不變）。

顯然，學生在問問題前已經(jīng)事先為筆者設(shè)計好了“套路”。通過審題，筆者發(fā)現(xiàn)學生其實是陷入了自己的“套路”。筆者并未著急為學生“解套”，而是因勢利導，繼續(xù)追問：（1）我們學過的哪種（些）典型運動是a=0時，速度最大;v=0時，加速度最大？生答：汽車以恒定功率啟動。（2）為什么汽車以恒定功率啟動時，v=0，加速度最大？生答：在P一定，v=0時，牽引力最大。（3）加速度大小的決定因素是什么？生答：合外力。（4）那應(yīng)該如何分析加速度的大小呢？生答：受力分析?！肮材阋呀?jīng)掌握了解決力與運動問題的突破口和分析問題的最有效方法——控制變量法?！敝链?，學生已經(jīng)可以通過獨立、完整的受力分析，結(jié)合控制變量法解決問題。筆者又進一步追問：若其他條件不變，僅將電場或僅將磁場反向，小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度的情況如何？學生進一步清晰了原有“套路”解決問題的適用條件。

學生給教師設(shè)計“套路”的原因無外乎兩種情況：一是認知和思維上確實有“結(jié)”，自己難以解開，設(shè)計“套路”就是展示思維路徑的過程，也是質(zhì)疑已有認知的過程。明代學者陳獻章說：“小疑則小進，大疑則大進?！苯處熢诮馓走^程中，可以因勢利導，適當?shù)剡M行點撥，更多的時候?qū)W生自己就會解開“結(jié)”，修正對概念的誤解和對規(guī)律理解的偏差，起到糾差改錯、夯實基礎(chǔ)的作用，這也是建立科學思維的過程。二是出于對教師的不信任，想檢驗教師的教學能力。在教學工作中，筆者中途接手其他同事所任課的班級時，就多次遇到此種情況。“親其師信其道”，很難想象一個學生不信任任課教師怎么能學好這個學科。而教師贏得學生信任的最佳途徑就是通過自己過硬的專業(yè)素養(yǎng)讓學生信服。如果學生是出于對教師的不信任，想難為教師而給設(shè)計“套路”，教師在準確解套的過程中自然會贏得學生的信任，今后的教學也自然會融洽通暢。這種情況并非個例，尤其是現(xiàn)在的教輔資料良莠不齊，常有習題的答案出現(xiàn)錯誤，當教師的講解與所給答案矛盾時，學生產(chǎn)生質(zhì)疑也是情理之中，這就要求教師課前備課一定要認真、充分，不要給學生“老師照著教輔書里的答案講課”的感覺。

但不論是哪種情況，學生在設(shè)計“套路”之前都是經(jīng)過了相對周密的思考，將所掌握的物理規(guī)律結(jié)合一定的經(jīng)驗事實，然后抽象概括后提出來。這本身就是科學思維的表現(xiàn)形式之一。教師在答疑解套的過程中，通過有效問題的啟發(fā)和引領(lǐng)，運用科學推理、科學論證幫助學生建構(gòu)與完善模型，形成一個多層次、多結(jié)構(gòu)、多序列的完整知識網(wǎng)絡(luò)，使各種物質(zhì)及運動之間的相互關(guān)系、相互作用形成一個有機的整體，這正是科學思維的形成過程。

人們對科學事物的反映和認識，總是一點一點地、一個方面一個方面地、一個層次一個層次地、一個角度一個角度地進行，并在積累了大量知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，形成對科學事物立體的、完整的認識。無論是課堂上教師“套路”學生，還是課下學生“套路”教師，最終都是幫助學生從物理學視角認清客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律以及厘清相互關(guān)系。

此外，通過學生的“套路”，教師也可以反思自己的教學，糾正課堂上的一些口誤?！叭朔鞘ベt，孰能無過。”教師在課堂上偶爾出現(xiàn)口誤在所難免，但自己很難發(fā)現(xiàn)。通過傾聽學生的“套路”，教師可以糾正自己的口誤，而且通過對學生嚴謹認真的學習態(tài)度及時進行表揚，可以進一步激發(fā)學生學習物理的興趣和學習潛能。同時，若是教師及時糾正口誤，不僅不會降低在學生心目中的形象，還可以更好地展示實事求是的科學態(tài)度。教師用欣賞的眼光看待學生給自己設(shè)計“套路”，不僅可以培養(yǎng)學生的質(zhì)疑能力，教師也可以提高和完善自己，同時還可以融洽師生關(guān)系，何樂而不為呢？

如今，筆者和筆者的學生已習慣在物理學習中為彼此設(shè)計“套路”。學生戲言：世界上最長的路就是“老胡”（學生對筆者的稱謂）的“套路”。而筆者則回復他們：世界上最深的坑就是你們的“天坑”（天天為我挖坑）。因為學生每次問問題之前都要先說：某某規(guī)律或是定理是不是這樣敘述的……你是不是說過……這道題的過程是不是……筆者現(xiàn)在也樂與他們“斗智斗勇”，因為在“套路”與“反套路”中筆者與學生共同進步。

基金項目：黑龍江省教育學會2019年教育研究規(guī)劃“年度關(guān)注課題”重點課題“在物理實踐活動中培養(yǎng)高中生科學思維的方法探究”（項目編號XHNZ2019-008）

編輯/韓曉雨