在“套路”與“反套路”中培養(yǎng)學(xué)生的物理思維

胡崇春

“套路”是指按照習(xí)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(dāng)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(jì)。筆者在物理教學(xué)中習(xí)慣于運(yùn)用“套路”套住學(xué)生的思維，更善于運(yùn)用“反套路”激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，在“套路”與“反套路”中培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

例如，在學(xué)習(xí)帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生常常會被“套路”套住。

例1.在方向如圖所示的勻強(qiáng)電場（場強(qiáng)為E）和勻強(qiáng)磁場（磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)的速度為v，則（ ）

A.若v0>E/B，電子沿軌跡Ⅰ運(yùn)動(dòng)，射出場區(qū)時(shí)，速度v

B.若v0>E/B，電子沿軌跡Ⅱ運(yùn)動(dòng)，射出場區(qū)時(shí)，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(jìn)入電磁場中，受到洛倫茲力與電場力兩個(gè)力作用，由已知條件，分析兩個(gè)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(fù)，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(yùn)動(dòng)，動(dòng)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(yùn)動(dòng)，洛倫茲力不做功，而電場力對電子負(fù)功，動(dòng)能減小，速度減小，故速度vv0，因此C正確，D錯(cuò)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(fù)電粒子（重力加速度為g）以水平速度v0進(jìn)入無電場、無磁場區(qū)域，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，并描述粒子做何種運(yùn)動(dòng)。

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

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

（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(qiáng)磁場B，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，并描述粒子做何種運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生在回答問題（1）時(shí)很容易畫出拋物線運(yùn)動(dòng)軌跡，答出平拋運(yùn)動(dòng);回答問題（2）時(shí)也較容易畫出拋物線運(yùn)動(dòng)軌跡，答出類平拋運(yùn)動(dòng);然而，回答問題（3）時(shí)，學(xué)生很容易被“套路”，畫出拋物線運(yùn)動(dòng)軌跡，答類平拋運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，筆者不動(dòng)聲色，亦暫不做評價(jià)，問大家能否都理解這個(gè)過程，是否有疑問。若學(xué)生有疑問，則讓他提出疑問，并發(fā)表意見;若學(xué)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(xué)生此時(shí)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(xué)思維，學(xué)生也更清晰平拋和類平拋運(yùn)動(dòng)的條件，對問題（4）能做出準(zhǔn)確判斷并學(xué)會分析v0 =（qE-mg）/qB、v0>（qE-mg）/qB、v0<（qE-mg）/qB不同情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

“老師是學(xué)生的鏡子，學(xué)生是老師的影子”——我的學(xué)生在向我詢問的過程中也學(xué)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(jìn)退維谷的境地。

仍然是在帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)部分的課上，一位學(xué)生這樣問筆者：老師，你不是說過做變速運(yùn)動(dòng)的物體，a=0時(shí)，速度最大;v=0時(shí)，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(dòng)，現(xiàn)將此棒豎直放在互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，小球與棒的動(dòng)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(xué)生在問問題前已經(jīng)事先為筆者設(shè)計(jì)好了“套路”。通過審題，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生其實(shí)是陷入了自己的“套路”。筆者并未著急為學(xué)生“解套”，而是因勢利導(dǎo)，繼續(xù)追問：（1）我們學(xué)過的哪種（些）典型運(yùn)動(dòng)是a=0時(shí)，速度最大;v=0時(shí)，加速度最大？生答：汽車以恒定功率啟動(dòng)。（2）為什么汽車以恒定功率啟動(dòng)時(shí)，v=0，加速度最大？生答：在P一定，v=0時(shí)，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(yùn)動(dòng)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(xué)生已經(jīng)可以通過獨(dú)立、完整的受力分析，結(jié)合控制變量法解決問題。筆者又進(jìn)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(xué)生進(jìn)一步清晰了原有“套路”解決問題的適用條件。

學(xué)生給教師設(shè)計(jì)“套路”的原因無外乎兩種情況：一是認(rèn)知和思維上確實(shí)有“結(jié)”，自己難以解開，設(shè)計(jì)“套路”就是展示思維路徑的過程，也是質(zhì)疑已有認(rèn)知的過程。明代學(xué)者陳獻(xiàn)章說：“小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)?！苯處熢诮馓走^程中，可以因勢利導(dǎo)，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行點(diǎn)撥，更多的時(shí)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(cuò)、夯實(shí)基礎(chǔ)的作用，這也是建立科學(xué)思維的過程。二是出于對教師的不信任，想檢驗(yàn)教師的教學(xué)能力。在教學(xué)工作中，筆者中途接手其他同事所任課的班級時(shí)，就多次遇到此種情況?！坝H其師信其道”，很難想象一個(gè)學(xué)生不信任任課教師怎么能學(xué)好這個(gè)學(xué)科。而教師贏得學(xué)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(xué)生信服。如果學(xué)生是出于對教師的不信任，想難為教師而給設(shè)計(jì)“套路”，教師在準(zhǔn)確解套的過程中自然會贏得學(xué)生的信任，今后的教學(xué)也自然會融洽通暢。這種情況并非個(gè)例，尤其是現(xiàn)在的教輔資料良莠不齊，常有習(xí)題的答案出現(xiàn)錯(cuò)誤，當(dāng)教師的講解與所給答案矛盾時(shí)，學(xué)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(rèn)真、充分，不要給學(xué)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(xué)生在設(shè)計(jì)“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(yàn)事實(shí)，然后抽象概括后提出來。這本身就是科學(xué)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(yùn)用科學(xué)推理、科學(xué)論證幫助學(xué)生建構(gòu)與完善模型，形成一個(gè)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(yùn)動(dòng)之間的相互關(guān)系、相互作用形成一個(gè)有機(jī)的整體，這正是科學(xué)思維的形成過程。

人們對科學(xué)事物的反映和認(rèn)識，總是一點(diǎn)一點(diǎn)地、一個(gè)方面一個(gè)方面地、一個(gè)層次一個(gè)層次地、一個(gè)角度一個(gè)角度地進(jìn)行，并在積累了大量知識和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，形成對科學(xué)事物立體的、完整的認(rèn)識。無論是課堂上教師“套路”學(xué)生，還是課下學(xué)生“套路”教師，最終都是幫助學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)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(xué)生的“套路”，教師也可以反思自己的教學(xué)，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(xué)生的“套路”，教師可以糾正自己的口誤，而且通過對學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度及時(shí)進(jìn)行表揚(yáng)，可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和學(xué)習(xí)潛能。同時(shí)，若是教師及時(shí)糾正口誤，不僅不會降低在學(xué)生心目中的形象，還可以更好地展示實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。教師用欣賞的眼光看待學(xué)生給自己設(shè)計(jì)“套路”，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力，教師也可以提高和完善自己，同時(shí)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(xué)生已習(xí)慣在物理學(xué)習(xí)中為彼此設(shè)計(jì)“套路”。學(xué)生戲言：世界上最長的路就是“老胡”（學(xué)生對筆者的稱謂）的“套路”。而筆者則回復(fù)他們：世界上最深的坑就是你們的“天坑”（天天為我挖坑）。因?yàn)閷W(xué)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?yàn)樵凇疤茁贰迸c“反套路”中筆者與學(xué)生共同進(jìn)步。

基金項(xiàng)目：黑龍江省教育學(xué)會2019年教育研究規(guī)劃“年度關(guān)注課題”重點(diǎn)課題“在物理實(shí)踐活動(dòng)中培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的方法探究”（項(xiàng)目編號XHNZ2019-008）

編輯/韓曉雨