文 郭 瑩

高三復(fù)習(xí)課更加注重抽象思維、邏輯思維與發(fā)散思維訓(xùn)練，因此要求教學(xué)要設(shè)計(jì)好例題，把握好問題的梯度性，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性和主動(dòng)性，同時(shí)層層推進(jìn)，由淺入深，使學(xué)生的思維過程螺旋式上升，讓學(xué)生參與并體會(huì)物理學(xué)的思想方法，從本質(zhì)上把握解決問題的途徑。本文以“電場(chǎng)環(huán)境下物體的運(yùn)動(dòng)”為例，展示如何在高三教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

一、教材與教學(xué)分析

“電場(chǎng)環(huán)境下物體的運(yùn)動(dòng)”在整個(gè)教學(xué)體系中屬于綜合性問題，在高一、高二教材中沒有專屬一節(jié)，但歷來都是高考物理的熱點(diǎn)問題。而本節(jié)作為力電綜合性內(nèi)容，又是學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，是高中物理學(xué)習(xí)的重中之重。

本節(jié)的知識(shí)目標(biāo)是解決重力場(chǎng)下的物體運(yùn)動(dòng)方法，主要包括：(1)力的分析(向心力公式)；(2)運(yùn)動(dòng)分析(圓周運(yùn)動(dòng)臨界)；(3)功能分析(動(dòng)能定理，能量守恒)。關(guān)鍵是把知識(shí)遷移到電場(chǎng)環(huán)境下分析問題，其中需深刻理解的是等效最低點(diǎn)、動(dòng)能最大的點(diǎn)、平衡位置(無切向力，靜止釋放回到該點(diǎn))。

本節(jié)的能力目標(biāo)主要包括：(1)運(yùn)用類比的方法建模，培養(yǎng)知識(shí)的遷移能力；(2)熟練運(yùn)用已有模型，訓(xùn)練解決綜合問題的能力；(3)理解物理等效思想、對(duì)稱方法并熟練運(yùn)用。

本節(jié)情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)：由于本節(jié)涉及物理類比、等效、對(duì)稱的思想方法，因此應(yīng)讓學(xué)生體會(huì)物理思想、邏輯思維，感受物理美并上升到哲學(xué)思想的層面。

本節(jié)的基本學(xué)情：學(xué)生對(duì)單一模型已經(jīng)掌握，如圓周運(yùn)動(dòng)臨界、動(dòng)能定理、向心力公式。在重力場(chǎng)中對(duì)多種小模型進(jìn)行綜合運(yùn)用已訓(xùn)練過，但不夠熟練。通過本節(jié)強(qiáng)化要實(shí)現(xiàn)熟練運(yùn)用，通過類比電場(chǎng)力與重力實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，這對(duì)學(xué)生的思維訓(xùn)練有一定難度。

有鑒于此，本節(jié)教學(xué)過程的設(shè)計(jì)主要是讓學(xué)生體會(huì)類比的方法，比較電場(chǎng)力和重力的相似性，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。

二、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

例1：如圖1所示，豎直平面內(nèi)有一質(zhì)量為m的小球，用長 L 的絕緣細(xì)線懸于 O 點(diǎn)，要使小球恰能到達(dá)最高點(diǎn)B，臨界速度多大？最低點(diǎn)A速度至少多大？完成整個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)過程中，小球在哪點(diǎn)獲得的動(dòng)能最大？

圖1

在引入環(huán)節(jié)，要求學(xué)生獨(dú)立完成并在黑板上展示自己總結(jié)的解決問題的方法。教師應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)：最高點(diǎn)臨界，求最低點(diǎn)，用這兩點(diǎn)間動(dòng)能定理。在學(xué)生能夠解答準(zhǔn)確的時(shí)候，適時(shí)肯定的強(qiáng)化非常有效，以后在這類問題中就有了“抓手”。

在最后一問中，學(xué)生普遍都知道答案在最低點(diǎn)，但并不能深刻理解或者說沒仔細(xì)思考這是為什么，而這恰是本節(jié)的難點(diǎn)。教師可以首先從能量守恒的角度解釋最低點(diǎn)重力勢(shì)能最小、動(dòng)能就最大。然后再從其他角度解讀：從這一點(diǎn)由靜止釋放，球仍靜止，所受合力為零；從其他位置釋放，球也回到該點(diǎn)，這時(shí)學(xué)生就會(huì)聯(lián)想到單擺，那個(gè)位置就叫平衡位置。學(xué)生繼續(xù)分析平衡位置受力特點(diǎn)并回憶單擺，平衡位置切向加速度為零，無切向力。因此最低點(diǎn)是動(dòng)能最大點(diǎn)，也是平衡位置，這一難點(diǎn)就得以突破。同時(shí)再把過最低點(diǎn)的直徑畫出，學(xué)生很容易指出最低點(diǎn)與最高點(diǎn)對(duì)稱共線。需要強(qiáng)調(diào)，此處一定要把問題講透，這部分難點(diǎn)突破，就為后面知識(shí)遷移做好了鋪墊。

如果把此過程加上豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，圖2小球帶正電q，要使小球恰能到最高點(diǎn)，問在最低點(diǎn)A的速度多大？(已知電場(chǎng)力等于重力)

圖2

分析可知問題改變了情景，在原有重力中加豎直向下電場(chǎng)，這時(shí)學(xué)生很快就能把知識(shí)遷移。此時(shí)一定要總結(jié)共性：電場(chǎng)力和重力，都是恒力，做功都只與初末位置有關(guān)，而與路徑無關(guān)，這也是類比的前提。并且還可繼續(xù)發(fā)散思維，只要是做功與路徑無關(guān)的恒力都可以這樣來處理。以上鋪墊工作做好后，才能進(jìn)入能力突破階段，并實(shí)現(xiàn)大范圍的知識(shí)遷移。

例2：如果把上述電場(chǎng)改為水平向右(如圖3所示)， a.從哪點(diǎn)靜止釋放帶正電q小球，還能靜止在那點(diǎn)？b.若將小球從最低位置 A 點(diǎn)釋放，在哪點(diǎn)獲得最大動(dòng)能？要使小球恰能完成圓周運(yùn)動(dòng)，A點(diǎn)速度多大？c.在A點(diǎn)時(shí)繩的拉力多大？

圖3

此題應(yīng)給學(xué)生充足的時(shí)間進(jìn)行獨(dú)立思考并相互討論。由于有了前面的鋪墊，靜止釋放還靜止，這句話反映出受力分析合力為零的位置就找到了。何處動(dòng)能最大的問題前面已經(jīng)解讀，動(dòng)能最大點(diǎn)為平衡位置點(diǎn)即“最低點(diǎn)”。這里“最低”是等效的“最低”，而非真正意義上的高度最低。為問題搭出臺(tái)階，找到等效最低點(diǎn)，正好完成圓周運(yùn)動(dòng)，找出對(duì)稱的等效“最高”臨界速度，從A點(diǎn)到等效最高點(diǎn)列動(dòng)能定理，完成題目，從而實(shí)現(xiàn)了真正的知識(shí)遷移。

在解c問時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)受力分析，向心力求解。此處一定給學(xué)生足夠的時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)行討論，各自發(fā)表見解。如果需要，教師還要適當(dāng)引導(dǎo)，最好完全是學(xué)生自己找到答案并說明原因。教師一定不能急于給出答案，否則前功盡棄，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移的能力目標(biāo)就會(huì)落空。

重力和電場(chǎng)力類比的思想，不僅可以在圓周運(yùn)動(dòng)中類比，在各種運(yùn)動(dòng)中都可以類比，從而把重力場(chǎng)中解決問題的方法遷移到電場(chǎng)環(huán)境下。這里要注意發(fā)散思維的滲透，如后面要復(fù)習(xí)的帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)加速等，也可以通過下列問題再強(qiáng)化訓(xùn)練發(fā)散思維。

例3：如圖4所示，一小物體只受重力作用，以相同的初動(dòng)能從 A 點(diǎn)沿著各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過很多點(diǎn)，其中一些點(diǎn)組成圓形，在這些圓周上的點(diǎn)哪點(diǎn)動(dòng)能最大？為什么？

圖4

例4：如圖5所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)方向與圓O所在平面平行，只在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)(重力不計(jì))，帶正電的微粒以相同的初動(dòng)能沿著各個(gè)方向從A點(diǎn)進(jìn)入圓形區(qū)域中，從不同點(diǎn)離開圓形區(qū)域經(jīng)過圓周上各點(diǎn)。其中從c點(diǎn)離開時(shí)動(dòng)能最大，圖中O是圓心，AB是圓的直徑，AC是弦，則勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向?yàn)? )

A．沿AB方向 B．沿AC 方向

C．沿OC方向 D．沿BC 方向

方法遷移過來，動(dòng)能最大點(diǎn)即等效最低點(diǎn)，

電場(chǎng)力與等效“最低”“最高”點(diǎn)連線重合。如果此題既有重力場(chǎng)又有電場(chǎng)，則動(dòng)能最大點(diǎn)所在位置是哪兒？

圖5

三、教學(xué)過程的反思

相同的問題，不同的情景，例1第一問是重力場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)模型，第二問是加豎直向下的電場(chǎng)，學(xué)生是模仿式地遷移。例2是真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)上的遷移。例3與例4作為關(guān)鍵性的遷移訓(xùn)練，表明不僅重力場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)可以和電場(chǎng)類比，其他運(yùn)動(dòng)重力場(chǎng)和電場(chǎng)也可以類比，從而讓學(xué)生感受“仿—移—破”的學(xué)習(xí)過程，得到思維能力的訓(xùn)練。

筆者深切體會(huì)到，“講十道題不如練一道題，課下練不如課上練”。需要指出的是，學(xué)生需要時(shí)間消化理解教師所講的方法與思想，而課堂就是學(xué)生快速理解消化的前沿陣地，理解的高效性就在于此，關(guān)鍵在于學(xué)生自己體會(huì)突破思維障礙的過程。即便高三復(fù)習(xí)時(shí)間緊張，也要把課堂還給學(xué)生，從而提高課堂思維訓(xùn)練的高效性。教學(xué)中要以學(xué)生為主體，精講多練。例題要留給學(xué)生足夠時(shí)間進(jìn)行深刻體會(huì)，并展示解題過程，同時(shí)在他人的評(píng)價(jià)中，找到優(yōu)勢(shì)和不足。最后教師總結(jié)并拓展，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

高三復(fù)習(xí)時(shí)間緊，但如何抓住關(guān)鍵問題，在有限的時(shí)間里進(jìn)行有效的訓(xùn)練，提高課堂效率，真正對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維的培養(yǎng)，仍然是高三物理教學(xué)中一個(gè)值得深入探討的重要問題。

[1] 邢紅軍,劉利.物理教學(xué)促進(jìn)中學(xué)生思維品質(zhì)的發(fā)展研究[J].課程·教材·教法,2013,33(7)：97-102.

[2] 胡揚(yáng)洋,陳清梅,邢紅軍.中國物理變式教學(xué)研究：傳統(tǒng)與發(fā)展 [J].教育導(dǎo)刊,2014(2)：76-79.