學(xué)生在作業(yè)中出了錯,教師當然要糾正錯誤。許多教師采用這樣一種方法:先分析題意,然后依據(jù)題意列出有關(guān)方程并求解得出正確答案,或者指出學(xué)生作業(yè)中的種種錯誤進行反復(fù)強調(diào)。但是等到下一次遇到該題,或者類似題,學(xué)生又會犯同樣的錯誤。怎樣才能有效糾錯,做到一題不二錯呢?筆者在這方面作了一些嘗試,收到了較好的教學(xué)效果,下面以具體實例進行說明。
題目:如圖1,是建筑工地上常用的一種“深穴打夯機”,電動機帶動兩個滾輪勻速轉(zhuǎn)動,將夯桿從深坑提上來,當夯桿底端剛到達坑口時,兩個滾輪彼此分開,將夯桿釋放,夯桿在自身重力作用下落回坑底,然后兩個滾輪再次壓緊,夯桿被提上來,如此周而復(fù)始。已知兩個滾輪邊緣的線速度恒為v=4m/s,兩個滾輪對夯桿的正壓力F=2×10N,滾輪與夯桿間的動摩擦因數(shù)為μ=0.3,夯桿質(zhì)量m=1×10kg,坑深h=6.4m,假定在打夯過程中坑的深度變化不大,取g=10m/s,求:
(1)每個打夯周期中,電動機對夯桿所做的功;
(2)每個打夯周期中滾輪與夯桿間因摩擦產(chǎn)生的熱量。
結(jié)果:絕大部分學(xué)生都錯了。
錯誤原因:學(xué)生不能把題目中的情景與傳送帶作類比,建立正確的物理模型,沒有考慮隨著夯桿的運動情況發(fā)生變化,夯桿所受的摩擦力會發(fā)生突變。
一、退回最簡,追溯誤區(qū)
筆者決定充分利用這次機會,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯誤,清除錯誤。該題情景學(xué)生陌生,但實質(zhì)是傳送帶模型,所以筆者決定選用一組學(xué)生較熟悉的簡單的傳送帶問題作鋪墊,希望借助于更簡單、更熟悉的習題情景,讓學(xué)生暴露錯誤,并自己發(fā)現(xiàn)錯誤,通過習題情景,幫助他們建立傳送帶的模型,從而培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。
習題1.如圖2所示,傳送帶的水平部分長為L,運動速率恒為v,在其左端無初速放上一木塊,若木塊與傳送帶間的動摩察因數(shù)為μ,則木塊從左到右的時間可能是:()。
A.+B.
C. D.
筆者要求學(xué)生先思考,然后選擇,必須說明選擇的理由。
學(xué)生甲:木塊相對傳送帶向左運動,所以木塊受向右的滑動摩擦力,木塊勻加速運動,由a=μg,根據(jù)位移公式L=at,可以得t=,所以選擇C。
學(xué)生乙:如果木塊從左到右速度恰好增加到v,由平均速度公式=,根據(jù)位移公式L=t,t=,還可以選擇D。
教師:如果傳送帶很長,木塊可能被無限加速嗎?
學(xué)生丙:如果傳送帶很長,木塊可能沒有到右端就與傳送帶等速。當木塊與傳送帶沒有相對運動時,滑動摩擦力應(yīng)該消失,以后木塊勻速運動。設(shè)木塊先勻加速運動,經(jīng)歷時間t,位移為s,再勻速運動,經(jīng)歷時間t,位移為L-s,則有v=μgt,2μgs=v,vt=L-s,從而t=t+t=+,應(yīng)選擇A。
教師總結(jié):由于不清楚各量之間的大小,上述各種可能都存在,應(yīng)選A、C、D。
依靠集體的力量,學(xué)生最終發(fā)現(xiàn)了問題的關(guān)鍵:當木塊與傳送帶等速的瞬間,滑動摩擦力發(fā)生突變。通過討論此題,學(xué)生對摩擦力的產(chǎn)生條件有了深刻理解,同時建立起了水平傳送帶上物體的運動模型:先勻加速運動,等速后再勻速運動。摩擦力在這里是物體運動的動力,它使物體加速,對物體做正功。
只有真正意識到自己的觀念確實不對的時候,學(xué)生才會主動改正錯誤,為此,教師需要設(shè)計問題情境,制造認識沖突,引導(dǎo)學(xué)生思考,組織學(xué)生討論,讓學(xué)生的積極參與,給學(xué)生自行糾正的機會,這樣,學(xué)生形成的印象才深,才不會忘記。
習題2.如圖3所示,水平傳送帶始終以速度v=3m/s勻速運動?,F(xiàn)將一質(zhì)量為m=1kg的物體放于左端(無初速度),最終物體與傳送帶一起以3m/s的速度運動,在物體由速度為零增加至v=3m/s的過程中,求由于摩擦而產(chǎn)生的熱量。
筆者要求學(xué)生思考后做在課堂作業(yè)本上,請兩名學(xué)生提出解題的思路和具體過程。
解析:小物體剛放到傳送帶上時其速度為零,將相對傳送帶向左滑動,受到一個向右的滑動摩擦力,使物體加速,最終與傳送帶達到相同速度v,物體所受的滑動摩擦力為f=μmg,物體加速度a==μg,加速至v的時間t==,物體對地面的位移s=t=,這段時間傳送帶向右傳送的位移s=vt=,則物體相對于傳送帶向后滑動的位移s=s-s=,根據(jù)能量守恒定侓知:Q=fs=μmg=mv=×1×3=4.5J。
有了習題1作基礎(chǔ),學(xué)生很容易分析物體在水平傳送帶上的運動情況,都能算出物體相對于傳送帶向后滑動的位移,由摩擦而產(chǎn)生的熱就迎刃而解了。如果說習題1讓學(xué)生認識了物體在水平傳送帶上的運動情況,那么習題2讓他們分析了傳送帶問題中的能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化情況,是從另一個角度思考問題。
二、舉一反三,變通求活
水平傳送帶只是傳送帶中最簡單的一種,而傳送帶是力學(xué)中的一種重要模型。在此可以進一步“借題發(fā)揮”,給出斜面?zhèn)魉蛶?,培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力,起到舉一反三、觸類旁通的作用。
習題3.如圖4所示,傳送帶與水平面的夾角為37°,并以v=10m/s的速度勻速運動著,在傳送帶的A端輕輕放一小物體,若已知物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5,A、B間距離s=16m,若皮帶逆時針轉(zhuǎn)動,小物體從A端運動到B端所需的時間為多少?(g取10m/s)
解析:剛放上物體時,物體相對于皮帶向上滑動,受摩擦力向下,如圖4-1所示。
加速度a=gsin37°+μgcos37°=10m/s,經(jīng)過t==1s,物體與皮帶達共同速度,此過程位移s=t=5m,還未達B端。
達到共同速度以后,物體相對皮帶下滑,受摩擦力變向,如圖4-2所示。
此時加速度a=gsin37°-μgcos37°=2m/s,勻加速歷時t達B端,即16-5=10t+×2×t,所以t=1s,從A到B共需t+t=2s。
此題將物體運動的軌道改為斜面,物體與傳送帶等速后仍存在相對運動,但相對運動方向發(fā)生了變化,所以物體所受的摩擦力方向也發(fā)生了變化。學(xué)生再次理解了摩擦力方向的特征:與相對運動方向相反。此外,它還豐富了學(xué)生心中的傳送帶運動模型:先勻加速再等速的運動情況,要根據(jù)物體的受力情況進行分析。
三、概括規(guī)律,形成遷移
至此,筆者引導(dǎo)學(xué)生對傳送帶模型作如下總結(jié):
1.受力情況。開始一段時間,由于物體與傳送帶有相對滑動,受滑動摩擦力作用,與傳送帶等速以后,摩擦力可能消失(如習題1),還可能仍然存在但發(fā)生了變化(如習題3),要根據(jù)物體與傳送帶之間的相對運動情況作分析。
2.運動情況。開始一段時間物體加速運動,與傳送帶等速以后,可能勻速運動(如習題1),也可能變速運動(習題3),要由物體所受的合外力來確定。
3.能量轉(zhuǎn)化情況。由于兩物體間有相對滑動,有機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,Q=FS。
這樣,學(xué)生對傳送帶問題的受力分析、運動情況、能量轉(zhuǎn)化都有了全面的認識,就建立起了傳送帶的模型。然后轉(zhuǎn)入對錯題的分析,學(xué)生容易認識到:剛開始時,滾輪與夯桿間有相對滑動,夯桿受兩個向上的滑動摩擦力作用,如果兩個向上的滑動摩擦力的合力大于重力,夯桿將加速向上運動。夯桿加速上升階段的加速度a==2m/s。
當夯桿加速到與滾輪邊緣的線速度v相等時,夯桿與滾輪間有向下的相對運動趨勢,滑動摩擦力變?yōu)殪o摩擦力,夯桿受兩個向上的摩擦力和向下的重力作用,勻速上升。
(1)加速階段上升的高度h==4m,故電動機對夯桿做的功w=2μFh=4.8×10J;夯桿勻速上升的高度h=h-h=2.4m,電動機對夯桿做的功w=mgh=2.4×10J。
所以每個打夯周期中,電動機對夯桿所做的功w=w+w=7.2×10J。
(2)夯桿加速上升的時間t==2s,滾輪邊沿轉(zhuǎn)過的距離s=vt=8m,相對夯桿的位移L=8-4=4m,摩擦產(chǎn)生的熱量Q=2μFL=4.8×10J。
這樣,學(xué)生完全可以從傳送帶模型過渡到滾輪問題,從本質(zhì)上理解它,達到有效糾錯的目的。
糾錯不是單純的作業(yè)訂正,學(xué)習不是學(xué)生簡單的“輸入存儲”,成功的糾錯教學(xué)是認知的優(yōu)化過程,是以學(xué)生為主體,在教師的引導(dǎo)下共同探討知識的過程。教師應(yīng)注重發(fā)掘?qū)W生的潛力,開拓學(xué)生的思維,讓學(xué)生積極參與問題的分析、歸納、總結(jié),幫助學(xué)生透過對具體問題的解答,歸納出知識的系統(tǒng)性和規(guī)律性,使學(xué)生獲得長足的發(fā)展。