實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)在習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用研究

張忠明

(平湖市當(dāng)湖高級中學(xué)浙江 嘉興314200)

摘 要：本文結(jié)合自身有關(guān)教學(xué)實(shí)踐，闡述了通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境開展的習(xí)題教學(xué)，指出這種習(xí)題教學(xué)方式更為注重情境分析過程中的知識建構(gòu)，在促進(jìn)學(xué)生知識遷移及物理建模等思維能力的培養(yǎng)方面有其獨(dú)特優(yōu)勢，并能夠更為有效地處理以實(shí)際情境為背景，著重考查思維能力的高考試題.

關(guān)鍵詞：習(xí)題教學(xué)實(shí)驗(yàn)情境物理建模情境分析

收稿日期：(2015-01-28)

國家教育部頒布的物理課程新標(biāo)準(zhǔn)，將加強(qiáng)科學(xué)探究作為教學(xué)要求列入課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容.近年的高考物理試題經(jīng)常通過以實(shí)際的情境為背景，考查學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)能力及創(chuàng)新意識.習(xí)題教學(xué)貫穿在高三整個(gè)階段，是提升學(xué)科綜合能力不可或缺的一部分，然而，其教學(xué)效果往往不甚理想，學(xué)生面對以實(shí)際情境為背景，具有靈活、探究、創(chuàng)新性的試題屢屢失分.因此，為提高習(xí)題教學(xué)的整體有效性，教師有必要為需要探究的物理問題創(chuàng)設(shè)情境，通過觀察和體驗(yàn)讓學(xué)生有所思、有所得，從而建立更為科學(xué)的知識結(jié)構(gòu)，在貫徹新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求下，讓習(xí)題教學(xué)更為有效.

1從高考試題談對習(xí)題教學(xué)效果的分析與反思

【例1】如圖1所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800匝和n2=200匝的兩個(gè)線圈，上線圈兩端與u=Umsinωt的交流電源相連，其中Um=51V,ω=314rad/s.將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是

A．2.0VB．9.0V

C．12.7VD．144.0V

分析：試題情境清晰，因漏磁，理想化的變壓器電壓比公式不再成立，答案是“A”.該題考查了理想變壓器的有關(guān)知識，了解有關(guān)知識則答案并不難選，但實(shí)際考查結(jié)果不甚理想.多數(shù)學(xué)生形成思維定勢，套用理想變壓器模型而錯(cuò)選“B”.不難看出，經(jīng)過大量高三習(xí)題教學(xué)，學(xué)生運(yùn)用理想表達(dá)式處理問題已不在話下，但對理想化的物理模型未必有正確的理解.

【例2】某同學(xué)從標(biāo)稱為“220V，25W”、“220V，300W”、“220V，500W”的3只燈泡中任選1只，正確使用多用電表測量燈泡阻值如圖2所示.該燈泡的阻值是______Ω，標(biāo)稱的額定功率為______W.

圖2

通過對以上例題的分析與反思得到：

(1)大量習(xí)題的教學(xué)，學(xué)生雖知道了表達(dá)式，但只知其然，而不知其所以然，不會真正運(yùn)用所學(xué)知識處理實(shí)際問題.

(2)試題創(chuàng)設(shè)情境新穎，新的情境背景下，學(xué)生不能有效進(jìn)行審題分析，缺乏應(yīng)對能力，難以找到試題處理的突破點(diǎn).

(3)在高三的復(fù)習(xí)過程中，學(xué)生產(chǎn)生了思維定勢，反而忽略了知識建構(gòu)過程中的有關(guān)背景及理想化物理模型的處理.

(4)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏有效性，學(xué)生了解過、參與過，但脫離實(shí)際生活背景沒有深入研究，不能與試題實(shí)際背景相結(jié)合，學(xué)生無法有效尋找到試題的隱含條件及臨界情況.

2實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)在習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用研究

物理學(xué)是一門系統(tǒng)發(fā)展最完整、最嚴(yán)密的以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué).其發(fā)展過程是一個(gè)循序漸進(jìn)的變化過程，在這個(gè)變化過程的不同階段，其探究的思維與方法也在不斷地發(fā)展和改變.在教學(xué)活動(dòng)中，通過物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，能讓學(xué)生在親身參與的經(jīng)歷中體會和理解物理規(guī)律的獲得過程，構(gòu)建出更為鞏固的物理知識和體系.現(xiàn)行物理教學(xué)的高考考查，也越來越重視在生活背景實(shí)例的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)試題，對學(xué)生的語言分析能力、物理建模能力要求非常高.在習(xí)題教學(xué)過程中，可以將實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)引入習(xí)題教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的習(xí)題審題及建模能力，在提升習(xí)題教學(xué)的有效性方面，有著不可估量的價(jià)值.

2.1實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)有助于培養(yǎng)學(xué)生習(xí)題建模能力

【例3】某校物理興趣小組決定舉行遙控賽車比賽.比賽路徑如圖3所示，賽車從起點(diǎn)A出發(fā)，沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)L后，由B點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的光滑豎直圓軌道，離開豎直圓軌道后繼續(xù)在光滑平直軌道上運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，并能越過壕溝.已知賽車質(zhì)量m=0.1kg，通電后以額定功率P=1.5W工作，進(jìn)入豎直軌道前受到的阻力恒為0.3N，隨后在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力均可不計(jì).圖3中L=10.00m，R=0.32m，h=1.25m，s=1.50m.問：要使賽車完成比賽，電動(dòng)機(jī)至少工作多長時(shí)間？(取g=10m/s2)

圖3

分析：試題考查圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)的綜合性知識，在整體把握研究對象運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過物理模型構(gòu)建找出制約運(yùn)動(dòng)過程的關(guān)鍵隱含條件——臨界狀態(tài)，運(yùn)用物理綜合性知識解決實(shí)際問題.解題的關(guān)鍵在于學(xué)生能否對可做完整圓周運(yùn)動(dòng)、可越過壕溝的臨界狀態(tài)進(jìn)行分析，即兩個(gè)臨界狀態(tài)的速度大小對比.在習(xí)題教學(xué)中，豎直圓周運(yùn)動(dòng)模型及平拋運(yùn)動(dòng)模型的處理習(xí)題非常多，但在考查中碰到時(shí)，依舊有部分學(xué)生難以下手，錯(cuò)誤百出.究其原因是，大量重復(fù)性的習(xí)題讓他們成為了公式套用的機(jī)器，卻沒有真正掌握知識，理解運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的臨界本質(zhì).

其實(shí)，在習(xí)題講解圓周運(yùn)動(dòng)的臨界過程中，大可創(chuàng)設(shè)如圖4所示的教學(xué)實(shí)驗(yàn)情境，將小球多次從A處以不同的高度下落，分別研究剛好可做完整圓周運(yùn)動(dòng)，剛好不脫離軌道以及從C點(diǎn)飛出做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移.讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，分析原因，獲得感受與體會，只有當(dāng)學(xué)習(xí)的知識能解決生活實(shí)例中遇到的問題時(shí)，學(xué)生掌握的知識才能容易地轉(zhuǎn)化成能力.習(xí)題教學(xué)中通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境的過程，讓學(xué)生操作一下，感受一下，這樣的習(xí)題教學(xué)方法，也許比學(xué)生做10道題，教師講10道題的效果來得更好，學(xué)生也更能真正掌握構(gòu)建物理模型的能力.

圖4

2.2實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)有助于促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)知識的正確理解

2.3實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)有助于提高學(xué)生的審題 分析物理情境的能力

【例4】傳送帶與水平面夾角為37°，皮帶以12m/s的速率運(yùn)動(dòng)，皮帶沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5所示，今在傳送帶上端A處無速度地放上一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊，它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.75，若傳送帶A到B的長度為24m，g取10m/s2，則小物塊從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間為多少？

圖5

分析：這類傳送帶問題需要特別注重兩點(diǎn),一是對物體在初態(tài)時(shí)所受滑動(dòng)摩擦力方向的分析；二是對物體的速度與傳送帶的速度相等時(shí)摩擦力的有無及方向的分析.對于水平傳送帶問題，當(dāng)物體與傳送帶相對靜止且物體所受彈力僅為支持力時(shí)，因物體與傳送帶間無相對運(yùn)動(dòng)的趨勢，故摩擦力突變?yōu)榱?，之后物體隨傳送帶一起做勻速運(yùn)動(dòng)；對于傾斜傳送帶問題，當(dāng)物體與傳送帶相對靜止且物體所受彈力僅為支持力時(shí)，摩擦力的大小是否突變?nèi)Q于下滑力與最大靜摩擦力的關(guān)系，另外還要注意分析摩擦力的方向是否發(fā)生突變.

這類試題的分析方法，大部分學(xué)生都能知曉，但實(shí)際考查過程中，試題更注重與生產(chǎn)、生活和科技相聯(lián)系，以實(shí)際事例為背景敘述并設(shè)問，很多學(xué)生就不能從背景中抽離出關(guān)鍵信息點(diǎn)，學(xué)生掌握了理論知識，但運(yùn)用能力卻遠(yuǎn)未達(dá)到能夠處理實(shí)際問題的水平.其實(shí)在講解這類傳送帶的習(xí)題時(shí)，如將一些帶有傳送帶的兒童玩具帶進(jìn)教室，通過實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)，將現(xiàn)象真實(shí)地展現(xiàn)在學(xué)生的眼前(圖6),實(shí)驗(yàn)演示過程中，不斷改變傳送帶的速度，不斷改變物塊下落的高度，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并結(jié)合習(xí)題教學(xué)，明確解題關(guān)鍵，尋找到處理問題的有用信息及試題的隱含條件，其教學(xué)效果更為有效,在以后的知識考查中，學(xué)生再面對此類問題，其正確率將顯著提升.

圖6　實(shí)驗(yàn)演示示意圖

3實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)在習(xí)題教學(xué)中應(yīng)用的啟示

新課程要求下的試題考查，常以實(shí)際事例及問題為背景，在重視基礎(chǔ)知識的前提下，逐漸形成了考查知識和能力并重的命題思路，在實(shí)際生活事例基礎(chǔ)上，要求學(xué)生能夠經(jīng)過思維加工反映事物本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系，要求能從實(shí)際問題的情景中抽象出物理模型，有時(shí)用草圖表示出來，猶如一幅幅圖片，考查學(xué)生搜集、整理信息的能力、綜合分析及探究能力.

習(xí)題教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境并不是以創(chuàng)設(shè)為目的，而是在實(shí)驗(yàn)情境的輔助下，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、掌握關(guān)鍵點(diǎn)的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力.在此基礎(chǔ)上，直到逐漸脫離實(shí)驗(yàn)情境，依然能夠通過嚴(yán)密的思維探究，圍繞習(xí)題物理情境的分析為中心，培養(yǎng)“分析式”的解題思維模式，在實(shí)際問題的處理過程中學(xué)生將習(xí)慣于情境的分析.習(xí)題教學(xué)中，尤其是高三第一、二輪復(fù)習(xí)中，適當(dāng)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行課堂教學(xué)，有助于加深學(xué)生在習(xí)題教學(xué)課堂中的參與度；有助于培養(yǎng)學(xué)生在語言和行為的基礎(chǔ)上注重思維和情感的參與；有助于增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)性，在體驗(yàn)中生成能力，形成思維的起點(diǎn).在實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)中，強(qiáng)化分析物理情境思維能力的培養(yǎng)并培育應(yīng)變能力.這種分析能力的提高，不僅僅在力學(xué)習(xí)題的分析中很重要，對電場、磁場中的分析同樣重要.

高三的習(xí)題教學(xué)很重要，然而在新課程標(biāo)準(zhǔn)的考查要求下，習(xí)題教學(xué)過程中要樹立“質(zhì)量重于數(shù)量，過程重于結(jié)果，模型重于題型，思路重于套路”的意識，通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境等各種有效模式的習(xí)題教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生試題物理情境分析的能力，提高學(xué)生的建模能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，從而更好地應(yīng)對高考考查，也更好地符合新課程總體目標(biāo)的教學(xué)要求.

參 考 文 獻(xiàn)

1張大昌.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)).北京：人民教育出版社，2003

2張惠作.高考題對物理建模能力的要求解讀.教學(xué)月刊，2012(3)：55～59

3孟令華.新課程物理高效教學(xué)策略研究.物理教學(xué)，2012(5)：21～22