井丹丹

(浙江省天臺(tái)平橋中學(xué),浙江 天臺(tái) 317203)

物理習(xí)題課的高效之道

井丹丹

(浙江省天臺(tái)平橋中學(xué),浙江 天臺(tái) 317203)

本文提出高中物理習(xí)題課存在的問題,同時(shí)通過作者親身實(shí)踐主要提出3種解決策略,即教師應(yīng)具有習(xí)題課的情景包裝意識(shí)、習(xí)題課的實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)及習(xí)題課的歸納總結(jié)變通意識(shí)．每種策略都通過典型案例的說明,圖文并茂,既貼合實(shí)際也真實(shí)可信．

習(xí)題課；高效；情景；實(shí)驗(yàn)探究

近幾年浙江省實(shí)施了新高考改革,一個(gè)明顯的事實(shí)是高中物理選考的學(xué)生越來越少了．究其原因,很多學(xué)生都認(rèn)為高中物理抽象深?yuàn)W難以學(xué)習(xí),又感覺與生活聯(lián)系不大,這其中物理習(xí)題課是一個(gè)很大的原因．現(xiàn)行高中物理必修內(nèi)容不多,為了提高應(yīng)試成績,很多教師都是在一節(jié)新課后面配上一節(jié)習(xí)題課,特別是在一些重要的新課后甚至配有3～4節(jié)習(xí)題課．再加上本章的章末復(fù)習(xí)習(xí)題課,月考、期中考、期末考的總復(fù)習(xí)習(xí)題課及試卷分析課等,這些大大小小的習(xí)題課占據(jù)了高中學(xué)生大多數(shù)的物理課堂．但我們的物理習(xí)題又是怎樣的呢?這些物理習(xí)題中,研究對(duì)象總是一個(gè)小球、木塊、木板、電荷;空間不是水平面就是豎直面或者斜面;過程或者直線或者曲線……長此以往,物理習(xí)題課變成了教師在這些已經(jīng)抽象出來的模型中自我分析,感覺妙趣橫生,學(xué)生被動(dòng)地跟著教師的引導(dǎo)去分析那些似乎冰冷的對(duì)象,只會(huì)感到枯燥,無趣．

物理原本是一門與實(shí)際生活聯(lián)系最廣泛的學(xué)科,如今卻在高中不受待見,遭學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)唾棄,實(shí)在應(yīng)引起我們物理教師的警醒．解鈴還需系鈴人,我們物理教師在現(xiàn)在教育體制下不能一味地怪責(zé)體制,既然要成績,物理習(xí)題課重要性毋容置疑,我們不能因?yàn)橐刭|(zhì)教育而大大減少物理習(xí)題課．那么,如何在習(xí)題課上能點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)激情,讓他們能積極參與,引發(fā)思考,提升物理思維能力,提高物理習(xí)題課的效率呢?筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),若我們能把那些看似冰冷的習(xí)題稍加教學(xué)智慧,學(xué)生往往能從麻木中燃起興趣、煥發(fā)熱情,實(shí)現(xiàn)物理習(xí)題課的高效之道,現(xiàn)在來談?wù)勛约旱囊恍┳龇ǎ?/p>

1 情景包裝，重塑激情

蘇赫姆林斯基的教育理論認(rèn)為“讓學(xué)生體驗(yàn)到一種自己在親身參與掌握知識(shí)的情感,乃是喚起自身特有的對(duì)知識(shí)興趣的重要條件．當(dāng)一個(gè)人不僅在認(rèn)識(shí)世界,而且在認(rèn)識(shí)自我的時(shí)候,就能形成興趣,沒有這種自我肯定的體驗(yàn),就不可能有對(duì)知識(shí)的真正興趣．”如果我們的物理教學(xué)能讓物理知識(shí)生活化,貼近與學(xué)生實(shí)際體驗(yàn),那么物理習(xí)題教學(xué)就應(yīng)該讓習(xí)題情景化．別忘了物理本身就是對(duì)實(shí)際的抽象,那些看似冰冷的習(xí)題模型背后都有豐富多彩的實(shí)際情景與之對(duì)應(yīng),教師若能善于思考和聯(lián)系,稍微運(yùn)用教學(xué)智慧都會(huì)讓那些冰冷的小球、木塊煥發(fā)“生機(jī)”．例如自由落體運(yùn)動(dòng)的小球可以情景化為蘋果下落、也可以情景化為瀑布的下落、也可情景化為墜落的人等;斜面上的下滑運(yùn)動(dòng)可以情景化為溜滑滑梯、也可情景化為泥石流或者山坡上滑下的石頭、還可以情景化為自由滑雪運(yùn)動(dòng)等;水平面上的運(yùn)動(dòng)可以情景化為保齡球運(yùn)動(dòng),也可為拉雪橇情景等．當(dāng)這些習(xí)題情景化后,學(xué)生會(huì)結(jié)合自身熟悉的生活和喜聞樂見的現(xiàn)象,喚醒問題深處的思維意識(shí),從而積極參與課堂,這時(shí)加上教師的引導(dǎo)再來分析這些習(xí)題,就不會(huì)顯得那么冰冷無趣了．下面筆者試舉幾例.

圖1

例1.如圖1,有一物塊在半圓球面上緩慢移動(dòng)．已知物塊質(zhì)量為m,試分析物體對(duì)球面的壓力和摩擦力怎么變?

顯然這是一道冷冰冰的習(xí)題,物體居然會(huì)自發(fā)地緩慢上移.教師若只是從物理的角度進(jìn)行受力分析,再運(yùn)用牛頓第三定律很快就會(huì)講解完畢,但學(xué)生會(huì)有多少興趣參與聽講呢?

筆者在講解這道題目的時(shí)候換了一種說法.

圖2

美國白宮的屋頂為一半球形體,為了保衛(wèi)總統(tǒng)的安全,特勤人員每天都要從屋頂往上爬(如圖2),在他緩慢的爬動(dòng)過程中,他會(huì)感到更輕松還是更困難?為什么?

首先這種情景化以保衛(wèi)白宮安全為載體,學(xué)生很感興趣．其次很多學(xué)生都憑生活體驗(yàn)(小時(shí)候總在弧形斜面上爬)答出越向上爬越輕松,教師可以給予肯定．教師這時(shí)把握時(shí)機(jī),在學(xué)生高漲的情緒中再分析其中原因也是水到渠成的事了．

圖3

例2.如圖3所示,質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)飛輪上固定一質(zhì)量為m的重物,重物到軸的距離為r,為了使飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)不會(huì)從地面上跳起,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的最大值是多少?

對(duì)于這種現(xiàn)象,學(xué)生是聞所未聞、見所未見,因此離學(xué)生的體驗(yàn)和認(rèn)知太遠(yuǎn)．為什么飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)起跳,由于本題中是用“桿”連接飛輪和電動(dòng)機(jī),桿的彈力方向朝哪里等都形成了本題的難點(diǎn)．由于學(xué)生沒有感知,在講解過程中對(duì)象的選取研究以及飛輪與電機(jī)的相互關(guān)系學(xué)生感到抽象,課堂表現(xiàn)漠然．

圖4

筆者在講解此題時(shí),提出一情景:古代有一種物體叫流星錘,其質(zhì)量有時(shí)達(dá)到40 kg,鏈條長達(dá)4～6 m,現(xiàn)有一武將質(zhì)量為80 kg,他拉著鏈條中間一點(diǎn),讓流星錘在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),如圖4其轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大約為1 m,為使流星錘以最大速度在最高點(diǎn)飛出,他不斷得加快轉(zhuǎn)動(dòng)速度,為了不至于讓自己脫離地面,流星錘在最高點(diǎn)的速度不能超過多少?

該情景的創(chuàng)設(shè)首先引起了學(xué)生的興趣,首先從不太常見的機(jī)器變成了生動(dòng)的動(dòng)畫(體育運(yùn)動(dòng)中的鏈球或者影視作品中都能看到)．其次教師和學(xué)生可以做一些生動(dòng)互動(dòng)體驗(yàn)(上課時(shí)可拉著一個(gè)重物轉(zhuǎn)或以拳頭做錘胳膊為桿轉(zhuǎn)動(dòng)),借助繩子(或胳膊)顯現(xiàn)出了力的相互性:在最高點(diǎn),錘所受拉力向下,人所受拉力向上．最后不難分析到在最高點(diǎn)速度越大,繩子拉力越大,對(duì)人來說,如果拉力超過人的重力,則人會(huì)被拉跳起來．再從該情景思考這道電機(jī)跳起的題目,找到相似性,學(xué)生思路豁然開朗．

2 實(shí)驗(yàn)探究，突破障礙

很多教師僅在新課教學(xué)中做一下演示實(shí)驗(yàn),在習(xí)題課中就不做了．但物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的課程,任何定律都要理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)．同樣我們的物理習(xí)題在學(xué)生利用理論分析得出結(jié)果后,學(xué)生由于缺乏感性認(rèn)識(shí),就會(huì)覺得虛假和空洞．實(shí)際上學(xué)生限于年齡很多問題是沒親身體會(huì)，難以想象的,這時(shí)有實(shí)驗(yàn)的支持就會(huì)顯得具體．實(shí)驗(yàn)探究不僅會(huì)增加課堂的生動(dòng)性、趣味性,更會(huì)粉碎學(xué)生心中的疑慮,突破思維障礙,說服也更加有力．

圖5

例3.如圖5所示,在恒力F作用下,a、b兩物體一起沿粗糙豎直墻面勻速向上運(yùn)動(dòng),則關(guān)于它們受力情況的說法正確的是

(A)a一定受到4個(gè)力.

(B)b可能受到4個(gè)力.

(C)a與墻壁之間一定有彈力和摩擦力.

(D)a與b之間一定有摩擦力.

學(xué)生在分析這道題目的時(shí)候,主要難點(diǎn)是a和墻面之間有沒有彈力和摩擦力,一般教師都以整體為研究對(duì)象,利用平衡條件發(fā)現(xiàn)a不受墻壁的彈力,從而也不受墻壁的摩擦力．顯然學(xué)生生活中似乎沒有這樣的情景,所以很多學(xué)生還是覺得抽象不能理解．為此筆者做了a、b這樣的模型,置于手上,先沿著墻壁勻速上推,然后脫離墻壁往上速推,如圖6．學(xué)生一目了然,瞬間就明白了．

圖6 圖7

利用上述斜面物塊裝置稍加改變還可以有更多用途,例如檢驗(yàn)當(dāng)物體在斜面上不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)斜面與地面是否有摩擦力的問題．只要在斜面下面放置兩個(gè)光滑的圓柱體,讓學(xué)生看斜面稍有運(yùn)動(dòng)趨勢,斜面體即會(huì)運(yùn)動(dòng),從而找到斜面運(yùn)動(dòng)趨勢,如圖7所示．把不同物塊至于斜面上,實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)物體(接觸面粗糙)靜止在斜面上時(shí),斜面體也會(huì)靜止在圓柱體上,即斜面沒有相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)趨勢,因此若斜面放置于地面上,斜面和地面沒有摩擦力;當(dāng)物體(接觸面光滑)從斜面上加速下滑時(shí),斜面體在圓柱體上相對(duì)于地面向左運(yùn)動(dòng),即斜面相對(duì)與地面有向左運(yùn)動(dòng)趨勢,因此若斜面放置于地面上,則地面給斜面的摩擦力水平向右．

圖8

例4.如圖8所示,在豎直放置的穹形光滑支架上,一根不可伸長的輕繩通過輕質(zhì)滑輪懸掛一重物G.現(xiàn)將輕繩的一端固定于支架上的A點(diǎn),另一端從B點(diǎn)沿支架緩慢地向C點(diǎn)靠近(C點(diǎn)與A點(diǎn)等高).則繩中拉力大小變化的情況是

(A) 先變小后變大.

(B) 先變小后不變.

(C) 先變大后不變.

(D) 先變大后變小.

這是一道較難的習(xí)題,很多學(xué)生基本都是在教師的引導(dǎo)下才能完成,即使做完了,也對(duì)結(jié)果不敢茍同,怎么角度就不變了哪?有這么奇怪的現(xiàn)象發(fā)生嗎?筆者以前總是覺得,理說通了,學(xué)生也就應(yīng)該掌握了,但后來學(xué)生再次遇到該題時(shí)一次次所犯的錯(cuò)誤讓筆者不得不反省自己．為此筆者做了該試題的演示實(shí)驗(yàn),如圖9-11,把一條繩子左端固定在金屬支架上,中間掛上滑輪和鉤碼,繩長一定時(shí)把另右端點(diǎn)從橫梁向右移動(dòng)發(fā)現(xiàn)繩子與豎直方向夾角變大,再把右端點(diǎn)往下移動(dòng),通過旁邊的三角標(biāo)示會(huì)看到角度不變這個(gè)結(jié)果．后來事實(shí)證明這一做法讓學(xué)生印象深刻,此類題目正確率大大提高．

圖9 圖10 圖11

圖12

例5.如圖12所示,電源電動(dòng)勢E=8 V,內(nèi)電阻為r=0.5 Ω,“3 V,3 W”的燈泡L與電動(dòng)機(jī)M串聯(lián)接在電源上,電動(dòng)機(jī)恰好正常工作,電動(dòng)機(jī)的線圈電阻R0=1.5 Ω,求電動(dòng)機(jī)的電流．

圖13

關(guān)于涉及到電動(dòng)機(jī)電路的問題,學(xué)生總是很難理解電流、電壓、電阻的關(guān)系,況且新課學(xué)到此時(shí),反電動(dòng)勢學(xué)生還沒有學(xué)習(xí),這就形成了學(xué)生的學(xué)習(xí)困難,為什么歐姆定律只適用于純電阻而不適用于非純電阻,只通過理論推導(dǎo)難以消除學(xué)生認(rèn)知障礙．為此筆者特地組裝一套含電動(dòng)機(jī)電路實(shí)驗(yàn),如圖13,閉合開關(guān),手先按住電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),發(fā)現(xiàn)燈泡點(diǎn)亮,說明電流很大;松開手讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)現(xiàn)燈泡變暗或者不亮,說明電流很?。搶?shí)驗(yàn)顯示了電動(dòng)機(jī)作為純電阻電路元件和非純電阻電路元件的區(qū)別,效果很好,至此學(xué)生明白二者的確不一樣．

3 走出題海,溯源求宗

題海茫茫,如果一節(jié)課教師不進(jìn)行歸納講解,不進(jìn)行典型題例的深刻挖掘、以點(diǎn)帶面,試卷上的題目和教師的講解效率低下,學(xué)生難以留下深刻的印象,試卷也變成鐵打的流水賬．習(xí)題課一定要突出重點(diǎn),進(jìn)行多題歸一,提煉該題中考察的主要物理規(guī)律及思維方法．所謂萬變不離其宗,這個(gè)“宗”就是此類題目的方法．在多題歸一中往往有兩種情況,一種是以同一知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行歸納,一種是以方法進(jìn)行歸類．

例如,在圓周運(yùn)動(dòng)習(xí)題課上以圓錐擺為例可以多題歸一,提煉表面豐富的物理情景其背后的規(guī)律具有相似性,其分析方法的一致性,如圖14．

圖14

在上述歸納中突出了向心力這一知識(shí)的使用要點(diǎn):找軌跡,定圓心,受力分析尋找向心力,同時(shí)也體現(xiàn)了這幾種不同情景下方法的一致性:彈力和重力的合力提供向心力．

如果說多題歸一是“收”,習(xí)題課教學(xué)中還應(yīng)做到“放”,即遇到好題目，教師還應(yīng)突破試卷的限制,進(jìn)行一題多變,甚至自編習(xí)題以適應(yīng)本類題目拓展的需要．如果不進(jìn)行一題多變,教師上課的深度不夠,講得不夠“透”．而學(xué)生很可能陷入認(rèn)知瓶頸,形成狹隘的思維．為此,我們應(yīng)該注意學(xué)生發(fā)散思維的培養(yǎng),而一題多變則是較容易實(shí)現(xiàn)的一種方法．例如在三力平衡中,如第一個(gè)力大小方向確定,第二個(gè)力方向一定大小不確定,第三個(gè)力大小方向都不確定,則當(dāng)?shù)谌齻€(gè)力方向垂直于第二個(gè)力時(shí)有最小值．在這個(gè)問題中就可多題歸一,涉及到的知識(shí)有力學(xué)、電場、磁場，可謂包羅萬象,但方法一致．

圖15

例6.如圖15,已知物體的重力為G,為使物體保持靜止且繩子AO的方向不變(即圖中的角度α不變),需沿OB施加一個(gè)拉力,則OB繩子所需最小拉力是多少？

上述題目是動(dòng)態(tài)平衡中的一道典型例題,通過三力平衡知識(shí)及平行四邊形定則不難得到:重力與OB繩子的合力必與OA在一條直線上,當(dāng)繩子OB方向與OA方向垂直的時(shí)候,OB有最小值．以此題目為“母體”可以以相同方法得出以下題目的解題思路．

圖16

變式1(力學(xué)中的題目):如圖16,已知一小船停在靜水中的O點(diǎn),現(xiàn)有甲乙兩個(gè)人來拉船,欲使小船沿直線OA運(yùn)動(dòng)．已知甲使用大小為F的力拉船,方向與OA夾角為30°,不計(jì)阻力,求乙所需施加的最小拉力及其對(duì)應(yīng)的方向．

點(diǎn)評(píng):雖然本題只有兩個(gè)力,但注意到“欲使小船沿OA直線運(yùn)動(dòng)”,因此則甲乙兩人的合力必沿OA,接下來的思路是和例題一致的方法了．

圖17

變式2(電場中的題目):帶電小球質(zhì)量為m,帶電荷量為+q．現(xiàn)給小球以斜向右上方的初速,速度與水平方向夾角為θ,如圖17．為使小球做直線運(yùn)動(dòng),需要加一勻強(qiáng)電場,其方向平行于紙面,求所加電場的最小值及方向．

點(diǎn)評(píng):這道題目披上了電場的外衣,考察的知識(shí)點(diǎn)多了正電荷受電場力與電場強(qiáng)度的關(guān)系,還有對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的的理解,難度提升,但方法依然如出一轍．

圖18

變式3(磁場中的題目):如圖18,已知導(dǎo)體棒ab長度為L,棒中的電流為I,斜面光滑,傾角為θ．磁場與棒垂直,但大小方向不定．為使導(dǎo)體棒ab靜止在斜面上,求磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值及其方向．

點(diǎn)評(píng):依然是三力平衡中的極值問題,但多了磁場的包裝,由于涉及到立體空間的轉(zhuǎn)化及磁場與安培力之間的轉(zhuǎn)化,難度提高了很多,但其解題關(guān)鍵著力點(diǎn)沒有變．

圖19

變式4(多力問題):如圖19,斜面固定在地面上,傾角為θ,物體質(zhì)量為m,物體與斜面間的摩擦因數(shù)為μ,欲使物塊沿斜面勻速上滑,需加一拉力F,求F的最小值及其方向．

點(diǎn)評(píng):此題在情景創(chuàng)設(shè)、已知條件上變化較大,若用一般方法設(shè)出F和斜面的夾角,利用正交分解結(jié)合三角函數(shù)知識(shí)可以求解,但過程較繁,運(yùn)算量較大,數(shù)學(xué)知識(shí)要求較高．本題若換用思路可化繁為簡.

圖20

先對(duì)物體進(jìn)行受力分析如圖20,接著合成支持力N與摩擦力f,其合力記為F′，如圖21所示,注意到支持力N與摩擦力f會(huì)隨F的變化而變化,但其合力F′的方向不變(tanα=f/N=μ)．最后用F′代替支持力N與摩擦力f后的受力分析如圖22所示,此時(shí)變?yōu)?個(gè)力的平衡問題,再用上述求極值方法即可迎刃而解．

圖21 圖22

習(xí)題的變式既是提高學(xué)生發(fā)散思維的有效途徑,亦是教師的專業(yè)成長的有效方法,因?yàn)樵谧兪街行枰處熅哂休^豐富的閱讀和專業(yè)知識(shí),同時(shí)還要具備一定的創(chuàng)造能力．

習(xí)題的變式可從

一個(gè)點(diǎn)出發(fā),抓住某個(gè)核心,遵循層層深入的原則,從習(xí)題的創(chuàng)設(shè)情景、已知條件、問題求解上進(jìn)行改編,使習(xí)題課達(dá)到形散而神不散的至高境界．

以上只是筆者在習(xí)題課教學(xué)中的一些常用的有效方法,但不管習(xí)題課采用什么教學(xué)方法,習(xí)題課若脫離學(xué)生這個(gè)主體都是失敗的,讓學(xué)生沒有興趣聽講也是失敗的,搞題海戰(zhàn)術(shù)面面俱到也是萬萬要不得的．實(shí)現(xiàn)高效習(xí)題課教學(xué)智慧并不限于此文上述方法,例如對(duì)錯(cuò)題的統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)“講”與“不講”的取舍等,它需要教師花費(fèi)長時(shí)間的備課,需要投入大量的精力來思考“這樣講有效果嗎?效果好嗎?”為人師者,切不可一張?jiān)嚲硪还?jié)課，輕輕松松過日子．

參考文獻(xiàn)：

1 鄭志湖.高中物理高效課堂教學(xué)策略[M].杭州： 浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2013：204-227.

2 張曉紅.高中物理講評(píng)課五步曲初探[J].中學(xué)物理，2015(12)：12-13.

(收稿日期：2017-06-03)

一個(gè)點(diǎn)出發(fā),抓住某個(gè)核心,遵循層層深入的原則,從習(xí)題的創(chuàng)設(shè)情景、已知條件、問題求解上進(jìn)行改編,使習(xí)題課達(dá)到形散而神不散的至高境界．

以上只是筆者在習(xí)題課教學(xué)中的一些常用的有效方法,但不管習(xí)題課采用什么教學(xué)方法,習(xí)題課若脫離學(xué)生這個(gè)主體都是失敗的,讓學(xué)生沒有興趣聽講也是失敗的,搞題海戰(zhàn)術(shù)面面俱到也是萬萬要不得的．實(shí)現(xiàn)高效習(xí)題課教學(xué)智慧并不限于此文上述方法,例如對(duì)錯(cuò)題的統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)“講”與“不講”的取舍等,它需要教師花費(fèi)長時(shí)間的備課,需要投入大量的精力來思考“這樣講有效果嗎?效果好嗎?”為人師者,切不可一張?jiān)嚲硪还?jié)課，輕輕松松過日子．

1 鄭志湖.高中物理高效課堂教學(xué)策略[M].杭州： 浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2013：204-227.

2 張曉紅.高中物理講評(píng)課五步曲初探[J].中學(xué)物理，2015(12)：12-13.

2017-06-03)