邱士慶
(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500;張家界市第一中學(xué) 湖南 張家界 427000)
彭朝陽(yáng)
(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500)
中學(xué)物理教學(xué)核心素養(yǎng)簡(jiǎn)要概括為4個(gè)方面:物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.其中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的要求就包含了對(duì)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng),這對(duì)學(xué)生自主認(rèn)識(shí)客觀世界和發(fā)現(xiàn)新事物的能力發(fā)展尤為重要.
心理學(xué)研究表明,意識(shí)到問(wèn)題的存在是思維的起點(diǎn),沒(méi)有問(wèn)題的思維是膚淺、被動(dòng)的思維,學(xué)生沒(méi)有問(wèn)題本身就是大問(wèn)題[1].人的發(fā)現(xiàn)過(guò)程應(yīng)從思考開始,通過(guò)思考打破原有的模式,建立新的模式即為創(chuàng)新.正如曾經(jīng)的牛頓思考了蘋果下落的過(guò)程,發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律,而思考的萌芽又應(yīng)從質(zhì)疑開始.
凡涉及物理場(chǎng)(包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)等)的相關(guān)問(wèn)題都可稱之為場(chǎng)問(wèn)題,高中物理中的場(chǎng)問(wèn)題是物理學(xué)習(xí)中相當(dāng)重要的一部分.由于場(chǎng)概念的抽象性,一直以來(lái)學(xué)生對(duì)場(chǎng)問(wèn)題的學(xué)習(xí)顯得乏力甚至難于下手解決.主要有兩個(gè)表現(xiàn):第一由于目標(biāo)單一,學(xué)生只求得出結(jié)果而不深入探討,教師在講解時(shí)盡可能把抽象問(wèn)題具體化等原因,使學(xué)生放棄了思考問(wèn)題的本質(zhì).第二由于缺乏質(zhì)疑,學(xué)習(xí)者為解決問(wèn)題而解決問(wèn)題,易于放棄對(duì)問(wèn)題提出更多的疑問(wèn),學(xué)習(xí)過(guò)程只是單方面接受正確過(guò)程和結(jié)果.沒(méi)有了質(zhì)疑也就沒(méi)有了發(fā)現(xiàn)探求真理的動(dòng)力,不利于對(duì)物理問(wèn)題深入理解和持久學(xué)習(xí).
為解決以上教學(xué)中存在的問(wèn)題,教師應(yīng)在日常教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生質(zhì)疑方法的認(rèn)識(shí),在方法的指導(dǎo)下,有針對(duì)性地提出質(zhì)疑,引導(dǎo)學(xué)生深入思考,以提高學(xué)生解決問(wèn)題、認(rèn)識(shí)事物的成效.下面就以具體地解決物理場(chǎng)問(wèn)題為例,分析應(yīng)用高中物理教學(xué)中常見的培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力的方法.
質(zhì)疑就是要多問(wèn)幾個(gè)為什么,便于打開思路.質(zhì)疑的方法有很多,在不同的研究范圍內(nèi)或多或少存在問(wèn)題與問(wèn)題之間的聯(lián)系,找到建構(gòu)這種聯(lián)系的方式也就找到了質(zhì)疑方法[2].
結(jié)合實(shí)際質(zhì)疑方法可歸納為如下幾種典型情況,如圖1所示.
圖1 典型的質(zhì)疑方法導(dǎo)圖
因果式質(zhì)疑是一種由因果聯(lián)系構(gòu)建的質(zhì)疑方法,提出的問(wèn)題往往是尋求研究結(jié)果的原因,或者由事件發(fā)展趨勢(shì)會(huì)形成各種可能的結(jié)果.任何事件的發(fā)生都會(huì)存在一定的因果聯(lián)系.
【例1】如圖2所示,一矩形電阻線框abcd自由下落,當(dāng)它垂直穿過(guò)下方一個(gè)平行邊界勻強(qiáng)磁場(chǎng)上邊界時(shí)會(huì)如何運(yùn)動(dòng)(l 根據(jù)因果性引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑:(1)矩形線框進(jìn)入磁場(chǎng)上邊界過(guò)程中運(yùn)動(dòng)情況是不是唯一的?產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)情況的原因在哪里?(2)從線框下落開始依次會(huì)出現(xiàn)什么樣的相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)結(jié)果? 圖2 例1題圖 分析:從線框的下落高度開始就依次存在了一定的因果聯(lián)系,線框下落高度決定了進(jìn)入磁場(chǎng)的速度,速度大小也就決定了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小決定了感應(yīng)電流的大小,感應(yīng)電流的大小決定線框所受安培力的大小,安培力大小就有可能大于、小于、等于重力,就會(huì)出現(xiàn)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)不同的運(yùn)動(dòng)情況.其因果聯(lián)系如圖3所示. 圖3 下落過(guò)程中的因果聯(lián)系 繼續(xù)找因果關(guān)系并提出質(zhì)疑:(1)減速、加速的情況是一直減速或者一直加速嗎?不是,又會(huì)是怎樣?(2)原因是什么?(此問(wèn)題又可引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考) 分析:若線框cd邊進(jìn)入后加速,說(shuō)明安培力小于重力,但由于加速,速度增大安培力增大,使得安培力在l和d足夠大的情況下最終和重力相等,線框勻速.若l過(guò)短,安培力還沒(méi)有增加到和重力相等,線框就完全進(jìn)入磁場(chǎng),此過(guò)程就是一直加速.(cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)上邊界后減速情況與加速情況分析方法類似,這里不再贅述) 比較式質(zhì)疑是對(duì)兩件相近或相似的事物或現(xiàn)象進(jìn)行比較,從中找到異同,并能夠提出為什么出現(xiàn)差異的問(wèn)題.或者兩個(gè)截然不同的事物之間卻出現(xiàn)相同的因素,從而提出出現(xiàn)此相同情況的問(wèn)題. 【例2】變壓器原副線圈共用一個(gè)鐵芯,所以原副線圈中有相同變化的磁場(chǎng),原副線圈中的交流電壓當(dāng)然就有相同的交變頻率.這樣的結(jié)論學(xué)生順理成章的就會(huì)認(rèn)為變壓器兩邊有相同的相位,相位差為零即同步的. 引導(dǎo)學(xué)生提出差異性質(zhì)疑:(1)真的是同步嗎?(2)如果不是同步那又是什么關(guān)系呢? 學(xué)生如果提出這樣的疑問(wèn)就會(huì)促使他比較變壓器原副線圈兩邊交變電流的變化情況.畫出原副線圈中的電流隨時(shí)間變化的圖像進(jìn)行對(duì)比,如圖4所示. (a)原線圈電流變化 (b)副線圈電流變化 分析:從圖4可以看出t1為原線圈電流最大的時(shí)刻,產(chǎn)生的磁場(chǎng)最強(qiáng),但由于t1時(shí)刻電流變化率為零,不能形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),所以在副線圈上不能形成電流,副線圈上t1時(shí)刻電流為零,由此可以看出原副線圈的電流盡管頻率相同,但并不是同步的,如圖4所示. 繼續(xù)提出質(zhì)疑:為什么出現(xiàn)不同步的問(wèn)題并尋找原因. 分析:這是由于原副線圈上的電流變化一個(gè)是主動(dòng)變化一個(gè)是被動(dòng)變化. 逆向式質(zhì)疑是將過(guò)程反方向思考,看倒過(guò)來(lái)的情況是否發(fā)生變化,或者與原過(guò)程互為逆過(guò)程是否存在差異,通過(guò)逆向質(zhì)疑以達(dá)到深刻理解的目的. 【例3】如圖5所示,一條形磁鐵S極以一定速度逐漸靠近豎直懸掛線圈的過(guò)程中,線圈如何運(yùn)動(dòng)?由楞次定律的推論結(jié)果是向右. 引導(dǎo)學(xué)生反向提出質(zhì)疑:如果將磁鐵磁極倒過(guò)來(lái),用N極靠近線圈結(jié)果會(huì)如何? 圖5 例3題圖 分析:由楞次定律可知,磁極倒過(guò)來(lái)后再靠近線圈仍然會(huì)使線圈中的磁通量增大,為阻礙磁通量增大,線圈仍然要向右運(yùn)動(dòng).或者可以理解為楞次定律告訴我們磁鐵不管哪一端靠近線圈,其產(chǎn)生的感應(yīng)電流所受的安培力都是阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng),故還是向右. 繼續(xù)提出質(zhì)疑:磁鐵反向向左遠(yuǎn)離線圈運(yùn)動(dòng),線圈會(huì)怎么樣運(yùn)動(dòng)? 分析:(在此質(zhì)疑下學(xué)生又會(huì)進(jìn)一步思考其運(yùn)動(dòng)情況)由楞次定律不難判斷,線圈為阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)和磁鐵同向向左運(yùn)動(dòng). 一個(gè)問(wèn)題可以有多個(gè)結(jié)果,或者一個(gè)問(wèn)題解決方法也可以有多種,發(fā)散質(zhì)疑就在于不拘泥于唯一的方案或結(jié)果,以求盡可能多的思路來(lái)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題,這也是形成創(chuàng)造性思維的核心所在. 【例4】如圖6所示,一帶電小油滴在平行板電容器中保持靜止,當(dāng)改變板間距離小油滴將如何運(yùn)動(dòng)? 圖6 例4題圖 此題的限制條件不多,需進(jìn)行討論,所以小油滴如何運(yùn)動(dòng)還要看它所受的重力與電場(chǎng)力的大小關(guān)系. 針對(duì)此問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維提出相關(guān)質(zhì)疑: (1)初始狀態(tài)靜止,小油滴帶何種電荷,說(shuō)明什么?(若在開關(guān)閉合情況下,電荷帶負(fù)電,說(shuō)明重力和電場(chǎng)力平衡) (2)問(wèn)題中是否給出兩極板接了電源? (3)未給出是否接電源又應(yīng)分哪兩種情況進(jìn)行分析? (4)在開關(guān)閉合或斷開時(shí)又應(yīng)分哪些情況進(jìn)行分析? 分析:如圖7所示. 圖7 開關(guān)通斷影響小油滴運(yùn)動(dòng)情況的發(fā)散分析 如果只研究問(wèn)題所給出的結(jié)果,那么學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考可能就此止步.若把問(wèn)題再發(fā)散性地提出更多新質(zhì)疑,對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)是有啟發(fā)性的. 繼續(xù)提出質(zhì)疑: (1)電源的極性是否能倒置? 分析:由于問(wèn)題條件已給出油滴開始為靜止,電場(chǎng)力方向必須豎直向上,所以只要油滴電性不變,電極板電性就已經(jīng)確定,電源極性不能倒置. (2)兩極板左右錯(cuò)開一些油滴會(huì)如何運(yùn)動(dòng)? 分析:兩極板左右錯(cuò)開會(huì)使電容減小,由開關(guān)通斷又可提出兩項(xiàng)質(zhì)疑. 1)開關(guān)閉合時(shí)油滴如何運(yùn)動(dòng)? 分析:電容減小,電壓不變,板間距離不變,場(chǎng)強(qiáng)不變,油滴仍然受力平衡,保持靜止. 2)開關(guān)斷開時(shí)油滴如何運(yùn)動(dòng)? 分析:電容減小,極板上電荷量不變,由Q=CU可知電壓增大,板間距離d不變,再由U=Ed可知電場(chǎng)強(qiáng)度E也增大,電場(chǎng)力會(huì)增大并大于重力,油滴向上加速運(yùn)動(dòng). 由此例可以看出,發(fā)散的程度越大,打開的思路就越開闊,只要不脫離主線,每一個(gè)質(zhì)疑都解決了,對(duì)問(wèn)題的理解層次自然也就得到了提升. 綜上所述,各種不同質(zhì)疑方法的應(yīng)用其根本上在于拓展學(xué)習(xí)思路,抓住各質(zhì)疑方法的特點(diǎn)切實(shí)引導(dǎo)學(xué)生盡可能多而全面地思考問(wèn)題,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生善于運(yùn)用質(zhì)疑方法分析解決問(wèn)題的能力,以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自主深入研究分析物理問(wèn)題的科學(xué)素養(yǎng).如表1所示為各質(zhì)疑方法特點(diǎn)小結(jié). 物理場(chǎng)問(wèn)題的抽象性使其具備了運(yùn)用質(zhì)疑方法的有利條件.在場(chǎng)問(wèn)題的實(shí)際教學(xué)中教師有意識(shí)巧妙地設(shè)疑提問(wèn),引導(dǎo)學(xué)生去思考、去尋疑解疑,對(duì)發(fā)展學(xué)生的質(zhì)疑能力有很重要的作用[3].同時(shí)能啟發(fā)學(xué)生更多地思考以提高創(chuàng)新思維能力,這正是當(dāng)前物理教育形勢(shì)所需要的,也是形成核心素養(yǎng)價(jià)值觀所必不可少的因素. 表1 各質(zhì)疑方法的特點(diǎn)3.2 比較式質(zhì)疑——“為什么會(huì)不同或者相同?”
3.3 逆向式質(zhì)疑——“倒過(guò)來(lái)會(huì)怎樣?”
3.4 發(fā)散式質(zhì)疑——“只能是這樣嗎?”
4 小結(jié)