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        剖析方法本質 促進深度學習

        2019-01-06 02:12:34孫慶成
        物理教學探討 2019年10期
        關鍵詞:深度學習思維

        孫慶成

        摘? 要: 通過對物理思維方法的剖析,使學生經歷猜想、模仿、質疑、推理、評價、遷移等思維活動過程,真正理解物理思維方法,從而實現深度學習。實踐表明這是一種較為有效的教學方法。

        關鍵詞:思維;深度學習;等效替代法

        中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A? ? ?文章編號:1003-6148(2019)10-0005-3

        義務教育物理課程指出,應注意讓學生經歷實驗探究過程,學習科學知識和科學探究方法,提高分析問題和解決問題的能力。因此,在課堂教學中要注重物理思維能力的培養(yǎng),促進學生的深度學習。在日常教學過程中,常常由于對物理思維方法剖析不到位,導致學生理解不深刻,知其然而不知其所以然,出現“似懂非懂”“一變就錯”的情況?,F以一道初三電學“等效替代法”測電阻的典型題為例,談一談如何運用物理思維方法,促進學生深度學習。

        例 如圖1,已知電源電壓恒定。當單刀雙擲開關S接a時,電流表的示數為0.3 A;當S接b時,調節(jié)電阻箱R2的旋盤,直到電流表示數又為0.3 A為止,讀取電阻箱的電阻值為60 Ω。由此可知,R1的阻值為_____Ω。

        對初中生而言,電路中電流與電阻、電壓三者的關系比較抽象,難以理解。對復雜一些的電路則更難。

        這道題筆者希望采用“等效替代法”,先通過對“曹沖稱象”問題解決的物理過程進行分析,幫助學生掌握分析這類電路問題的方法。在例題教學之前,首先請一位同學介紹故事大意:曹沖建議先把大象牽到船上,在船舷外水面處做好標記,再把船上的大象換成石頭,當水面到達標記處時,停止加石頭。此時稱出石頭的重(質量)就等于大象的重(質量)。

        問:為什么石頭的質量就等于大象的質量?

        學生:因為兩次是等效的(水面位置相同)。

        問:為什么兩次效果相同,質量就一定相同呢?

        學生:……

        問:如果兩次船不一樣,行不行?

        學生:不行

        問:為什么不行?

        學生:……

        通過一連串層層遞進的提問,讓學生站到了“等效替代法”核心思想面前。學生原本對“等效替代法”的認識只是停留在表面現象上,并沒有真正理解這種物理思維方法的本質。接下來,師生共同推導:

        因為漂浮時浮力等于重力,所以第一次是(G+G)=ρVg,第二次是(G+G)=ρVg。兩次的V相同,兩次的浮力、總重力相同,所以石頭和大象的重力相等。從兩次的表達式可以看出,船體必須相同。

        通過推導過程可以看出,“等效替代法”不僅僅是表面上要求效果相同,同時也需要控制一些相關條件。通過剖析“曹沖稱象”故事背后的物理本質,學生才能深刻理解“等效替代法”。

        接下來,回到例題上,讓學生思考:本題中哪個元件可以看作是“船”?哪個元件可以看作是“大象”?哪個元件可以看作是“石頭”?前后兩次什么樣的“效果”要相等?

        學生經過一番思考和討論,可以得出:“R0”相當于“船”,“R1”相當于“大象”,“R2”相當于“石頭”,前后兩次的電流要相等。

        此時,進一步追問:這種“等效替代法”測電阻的物理本質是什么?

        學生在經歷“曹沖稱象”本質的推導過程后,已經有了初步的推理經驗和能力,可以得到:第一次是I=,第二次是I=,由于U、I、R0都相等,所以R=R。也可以寫成:

        U=I(R+R)和U=I(R+R2),得到R=R。

        如果例題教學到此結束,看似已經解決了問題,其實學生還是在模仿“曹沖稱象”運用“等效替代法”,對這種物理方法的本質并不一定真正理解和掌握。因此,筆者又設計了幾個問題:

        1.如果只有電壓表沒有電流表,怎樣才能利用其余器材完成測量任務?請畫出電路圖。

        引導學生分析:例題中的電流表是表示R和R串聯后的一種效果,同樣電壓表可以表示另一種效果,所以只要把電壓表并聯在R的兩端即可(與R1并聯也行)。

        其本質可以推導如下:

        第一次U0=×R,第二次U0=×R,得到R2=R1。

        2.電阻R0的作用是什么?沒有它行不行?如果將它換成滑動變阻器行不行?

        引導學生分析:例題中的R0是一個保護電阻,起到限流作用。如果電源電壓在安全范圍內,可以省去,但是只能用電流表就不能改成電壓表了;如果換成滑動變阻器是可以的,但是前后兩次必須保持阻值相同。

        3.如果將電阻R0換成滑動變阻器Rp之后,進行第2步操作時,不小心將滑片移動少許,則測量結果與R1相比是否發(fā)生改變?

        引導學生分析:第一次U=0.3 A×(Rp+R1),第二次U=0.3 A×(Rpˊ+R2),當Rp發(fā)生變化時,R2≠R1。若Rpˊ大于Rp ,則R2R1。此問進一步引導學生思考在運用“等效替代法”時,必須控制其他相關的條件,不能簡單看效果是否相等。

        在上述一系列層層遞進的學習過程中,學生經歷了猜想、模仿、質疑、推理、評價等思維活動過程,一步步逼近“等效替代法”的思維本質。最后,要判斷學生是否真正實現了深度學習,需要設計相關問題加以檢驗。

        問題1:小清設計的測量某待測電阻Rx 阻值的電路如圖2所示。

        ①他的測量步驟如下:

        第1 步:將Rx 接在電路中A、B 兩點間,閉合開關S,調節(jié)滑動變阻器的滑片P 至適當位置,此時電壓表的示數為2 V;斷開開關S,移走Rx。

        第2 步:再將電阻箱R 接在A、B 兩點間,閉合開關S,保持滑動變阻器滑片位置不變,調節(jié)電阻箱使電壓表的示數仍為2 V,此時電阻箱接入電路中的阻值R=48 Ω;則測得Rx 的阻值為? ? ? ? ? ? Ω。

        ②若在第2 步中,無意中將滑動變阻器的滑片P移動了少許,最終測得Rx 的阻值為52 Ω,則說明滑片P 向? ? ? ? ? (左/右)移,使滑動變阻器接入電路的阻值改變了? ? ? ? ? Ω。

        問題1的設計意圖:(1)對例題進行變式復習,可以檢驗學生對“等效替代法”及串聯分壓公式的掌握情況。(2)通過對測量結果的分析,倒推實驗中出現的失誤,更具有真實性,更有現實意義,使學生對“等效替代法”中需控制的條件有更深刻的認識。

        問題2:在“測物體質量”的實驗中,小明在調節(jié)天平時發(fā)現僅調節(jié)平衡螺母無法使天平平衡,受“曹沖稱象”思路的啟發(fā),他(下轉第8頁)(上接第6頁)找來了一些細沙,利用“等效替代”的方法,用這架天平仍然測出了金屬塊的質量。請將他主要實驗步驟中的空白填齊。

        (1)將銅塊放入右盤,在左盤放入細沙,并調節(jié)細沙量,直到? ? ? ? ? 為止;

        (2)取出盤中的? ? ? ? ?(金屬塊/細沙),在該盤中加減砝碼,移動游碼使天平平衡;

        (3)當盤中所加砝碼和游碼位置如圖3所示時天平平衡,則該金屬塊的質量為? ? ? ? ? g。

        本例題的教學不僅僅是為了解決“等效替代法”測電阻的問題,而是為了讓學生更深刻地理解“等效替代法”這種物理思維方法。因此,教學是從分析“曹沖稱象”的浮力本質開始,引申到“測電阻”,再遷移到“測物體質量”,使學生能夠運用“等效替代法”的思維方法解決更多類似的問題,使學生認識到“等效替代法”在日常生活、生產中有廣泛的應用價值,從而增強學生學以致用的意識,真正實現深度學習。

        參考文獻:

        [1]毛海玲.例談巧用小故事講評“等效替代法”測電阻[J].物理教學探討,2012,30(6):24-25.

        (欄目編輯? ? 趙保鋼)

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