徐小林

(吳江盛澤中學(xué) 江蘇 蘇州 215228)

在高中物理教學(xué)中，通過(guò)精心創(chuàng)設(shè)一組前后密切關(guān)聯(lián)、環(huán)環(huán)相扣的鏈?zhǔn)絾?wèn)題，激發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和積極探究，促使學(xué)生既能追根究源、明辨是非，又能舉一反三、獨(dú)辟蹊徑，突出磨練探究能力、優(yōu)化思維品質(zhì)，從而能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究等方面的學(xué)科核心素養(yǎng)．

1 讓學(xué)生在探究中勤于追根究源培養(yǎng)思維的深刻性

為能培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性，無(wú)論理解物理知識(shí)還是分析解決物理問(wèn)題，總要激發(fā)學(xué)生運(yùn)用正確的物理觀念，將科學(xué)思維和科學(xué)探究緊密結(jié)合，既主動(dòng)質(zhì)疑又深刻析疑，追根究源直至認(rèn)清、揭示規(guī)律本質(zhì)．

現(xiàn)以高三復(fù)習(xí)課上一道力學(xué)題的討論為例．

【原題】如圖1所示，豎直平面內(nèi)長(zhǎng)為l的細(xì)直桿AB，A端緊靠在豎直墻面上，B端沿水平地面以速度vB向右勻速運(yùn)動(dòng)．從AB桿與豎直墻面夾角為30°時(shí)開始，到夾角為60°時(shí)結(jié)束，求此過(guò)程中直桿中點(diǎn)P經(jīng)過(guò)的路程．

圖1 原題圖

問(wèn)題1:P點(diǎn)究竟在做一段什么運(yùn)動(dòng)？判斷的根據(jù)是什么？

圖2 建立直角坐標(biāo)系

圖3 P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)圓弧

求路程的關(guān)鍵先得明確運(yùn)動(dòng)軌跡特征，只有思維達(dá)到一定深度，數(shù)理結(jié)合推導(dǎo)出P點(diǎn)的軌跡方程，才能有根有據(jù)作出正確判斷．

2 讓學(xué)生在探究中善于舉一反三培養(yǎng)思維的靈活性

物理問(wèn)題及其處理方法千變?nèi)f化，為能不斷優(yōu)化學(xué)生思維的靈活性，著力引導(dǎo)學(xué)生活學(xué)活用知識(shí)與方法，善于觸類旁通、舉一反三，訓(xùn)練、提升學(xué)習(xí)的靈活遷移能力．

問(wèn)題2:“原題”動(dòng)桿上P點(diǎn)之外的其他動(dòng)點(diǎn)，在做什么運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生把“變式教學(xué)1”中的思想觀念、思維方法、探究方式遷移過(guò)來(lái)，很快有了新發(fā)現(xiàn)．設(shè)P點(diǎn)之外某個(gè)動(dòng)點(diǎn)H的坐標(biāo)為(x，y)，桿與水平方向夾角α在0～90°之間，AH長(zhǎng)為l1，H點(diǎn)坐標(biāo)方程為

x=l1cosαy=(l-l1)sinα

其軌跡方程為

對(duì)于船舶數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題，目前相對(duì)簡(jiǎn)單有效的一種解決方法是基于聚類分析的最近鄰填補(bǔ)算法，將馬氏距離與灰色分析法相結(jié)合計(jì)算K個(gè)近鄰，從而提高數(shù)值填補(bǔ)的準(zhǔn)確性，減少記錄屬性的限制，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。對(duì)于船舶數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題，目前普遍采用的相似重復(fù)記錄檢測(cè)方法大多基于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄進(jìn)行排序的思想，主要有生成關(guān)鍵字對(duì)記錄進(jìn)行排序、N-Gram方法和優(yōu)先權(quán)對(duì)列算法等。為滿足后續(xù)應(yīng)用對(duì)原始數(shù)據(jù)的需求，數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程不對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行完全覆蓋，而是在經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理得到完整性和有效性較高的數(shù)據(jù)之后對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性覆蓋，應(yīng)用服務(wù)器將根據(jù)需求從分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行針對(duì)性的提取。船舶“臟數(shù)據(jù)”預(yù)處理過(guò)程見(jiàn)圖3。

因?yàn)閘1≠l-l1，所以動(dòng)桿上其他動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓．

問(wèn)題3:桿上做橢圓運(yùn)動(dòng)的動(dòng)點(diǎn)包括A和B端點(diǎn)嗎？原題“此過(guò)程中”A端的速度變化可求出嗎？

改變問(wèn)題研究的對(duì)象和方向，促使學(xué)生正確遷移和運(yùn)用“關(guān)聯(lián)速度”的規(guī)律．顯然兩端點(diǎn)在做直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)直桿與水平方向夾角為α?xí)r，將兩端點(diǎn)的實(shí)際速度正交分解，如圖4所示．直動(dòng)桿上各動(dòng)點(diǎn)速度在沿直桿方向的分速度時(shí)刻相同，即

圖4 A和B速度分解圖

vBcosα=vAsinα

故

(1)

毋容置疑，變式訓(xùn)練是提升學(xué)生思維靈活性和應(yīng)變能力的有效途徑．

3 讓學(xué)生在探究中敢于明辨是非培養(yǎng)思維的批判性

設(shè)計(jì)新的問(wèn)題情境引發(fā)討論，促使學(xué)生去明辨是非、據(jù)理力爭(zhēng)，并能敏銳地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、深刻地剖析錯(cuò)因，做到不犯舊錯(cuò)、少犯新錯(cuò)、自覺(jué)糾錯(cuò)，培養(yǎng)良好的思維批判性．

問(wèn)題4:B端保持向右勻速運(yùn)動(dòng)，能直至A端沿豎直墻面落地嗎？

討論確認(rèn)：根據(jù)兩端點(diǎn)速度關(guān)系式(1)，因?yàn)関B不變,α變小時(shí)vA變大，A端落地時(shí)α→0，vA→∞，這不可能實(shí)際發(fā)生．或者假設(shè)A端以某一速度沿豎直墻面落地時(shí)，B端向右速度必為零而不是勻速運(yùn)動(dòng)．

問(wèn)題5:B端保持向右勻速運(yùn)動(dòng)，能直至桿中點(diǎn)P做圓周運(yùn)動(dòng)落地嗎？

圖5 P點(diǎn)速度圖示

學(xué)生運(yùn)用批判性思維實(shí)行理論探究，能夠按照某個(gè)運(yùn)動(dòng)自身的規(guī)律和邏輯進(jìn)行推演，證明此運(yùn)動(dòng)本身的所有特點(diǎn)是否存在自相矛盾或明顯錯(cuò)誤，從而明快地推斷出該運(yùn)動(dòng)過(guò)程能不能真實(shí)發(fā)生．

4 讓學(xué)生在探究中樂(lè)于剝繭抽絲培養(yǎng)思維的邏輯性

物理教學(xué)中要始終重視培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性．倡導(dǎo)物理解題要執(zhí)行“明確研究對(duì)象，分析相關(guān)狀態(tài)、認(rèn)清階段過(guò)程，挖掘隱含條件，選用物理規(guī)律，健全重要聯(lián)系”即“對(duì)象、狀態(tài)、過(guò)程、條件、規(guī)律、聯(lián)系”這“12字解題要領(lǐng)”，剝繭抽絲、環(huán)環(huán)入扣，體現(xiàn)了縝密的思維邏輯性．

問(wèn)題6:如圖6所示，在豎直平面內(nèi)，長(zhǎng)為l的輕質(zhì)直桿AB，兩端各連有一只質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)球，A球靠在豎直光滑墻面上．從桿豎直的靜止?fàn)顟B(tài)開始，B球沿光滑水平面運(yùn)動(dòng)，A球滑到何處會(huì)與墻面分離？

圖6 原題變式

運(yùn)用“12字解題要領(lǐng)”，進(jìn)行縝密的分析、推斷，訓(xùn)練思維的邏輯性．設(shè)動(dòng)桿與水平方向夾角為α?xí)r，兩球速度分別為vA和vB，沿桿方向分速度總相同

vBcosα=vAsinα

系統(tǒng)機(jī)械能守恒

解得

可見(jiàn)當(dāng)α從90°減小到零時(shí)，vA一直增大，而初、末狀態(tài)vB都為零，猜想中間某狀態(tài)有最大值．

剖析一個(gè)較為抽象而復(fù)雜的物理過(guò)程，只有依靠嚴(yán)密的邏輯性思維，才能挖掘出隱含又特殊的臨界狀態(tài)，進(jìn)而找到物理過(guò)程發(fā)展變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和破解問(wèn)題的突破口．

5 讓學(xué)生在探究中勇于獨(dú)辟蹊徑培養(yǎng)思維的獨(dú)創(chuàng)性

為突出培養(yǎng)學(xué)生思維的獨(dú)創(chuàng)性，可設(shè)計(jì)出有廣闊想象空間的原創(chuàng)題，抓住有利時(shí)機(jī)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維；在注重培養(yǎng)合作精神的同時(shí)，激勵(lì)學(xué)生獨(dú)辟蹊徑、標(biāo)新立異地分析解決物理問(wèn)題．

問(wèn)題7:需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)什么條件，直動(dòng)桿中點(diǎn)P才能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)？

經(jīng)課后合作探究，創(chuàng)設(shè)出一個(gè)別開生面的方案：如圖7所示，在同一豎直平面內(nèi)，光滑的水平管道與豎直管道十字交叉且相通，長(zhǎng)為l的輕質(zhì)直桿AB兩端各連有質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)球，A球在豎直管道內(nèi)，B球在水平管道內(nèi)，管道內(nèi)徑稍大于兩球直徑，且管道側(cè)面有狹縫讓輕質(zhì)細(xì)直桿AB上下、左右無(wú)摩擦滑動(dòng)．首先，從輕桿AB豎直、靜止開始，A球從最高處下滑，B球從交叉口O右側(cè)附近沿水平管道向右運(yùn)動(dòng)；同時(shí)P點(diǎn)在圖7右上方區(qū)域內(nèi)，沿順時(shí)針?lè)较蛲瓿伤姆种粓A周運(yùn)動(dòng)．接著，A球沖過(guò)交叉口O繼續(xù)下滑，B球從最右側(cè)水平向左靠近O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)P點(diǎn)在圖7右下方區(qū)域內(nèi)，又沿順時(shí)針?lè)较蛲瓿伤姆种粓A周運(yùn)動(dòng)．后來(lái)，B球沖過(guò)交叉口O繼續(xù)水平向左運(yùn)動(dòng)，A球從最低點(diǎn)向上靠近O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；A球沖過(guò)交叉口O繼續(xù)上滑，B球從最左側(cè)水平向右靠近O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)．這樣P點(diǎn)沿順時(shí)針?lè)较蛲瓿闪艘粋€(gè)完整的、且能周而復(fù)始的圓周運(yùn)動(dòng)．

圖7 P點(diǎn)完整圓周運(yùn)動(dòng)方案圖

靈活運(yùn)用已有知識(shí)、方法和經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮和融合思維的多種優(yōu)秀品質(zhì)，敢于異想天開、勇于別出心裁、善于從無(wú)到有，唯有大膽?yīng)殑?chuàng)，才能把“不可能”創(chuàng)變?yōu)椤罢婺苄小保?/p>

綜上，精心設(shè)計(jì)鏈?zhǔn)絾?wèn)題組織物理課堂教學(xué)，既突出優(yōu)化了學(xué)生思維的深刻性、靈活性、邏輯性、批判性和獨(dú)創(chuàng)性等思維品質(zhì)，又能著力培養(yǎng)和促成學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究等方面的學(xué)科核心素養(yǎng)．