從照葫蘆畫(huà)瓢到似瓢不是瓢

徐敏峰 孫志兵

摘 要：在教學(xué)中讓學(xué)生模仿典型例題的解題思路形成解題的方法和套路，會(huì)在學(xué)生頭腦中形成思維定勢(shì)，從而對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利影響。有必要對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、物理?xiàng)l件、物理模型、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、物理情景等進(jìn)行細(xì)微改變，給學(xué)生提供形同質(zhì)異的新問(wèn)題，讓學(xué)生在新舊問(wèn)題的探究中抓住問(wèn)題的本質(zhì)，促進(jìn)對(duì)知識(shí)的理解和方法的領(lǐng)悟，先模仿后超越，實(shí)現(xiàn)舉一反三。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；物理?xiàng)l件；物理模型；運(yùn)動(dòng)過(guò)程；物理情景

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）11-0061-4

學(xué)生學(xué)習(xí)新的物理知識(shí)后需要通過(guò)習(xí)題訓(xùn)練，在知識(shí)應(yīng)用中鞏固、深化物理概念，領(lǐng)悟分析問(wèn)題的方法。一般而言，教師都會(huì)在新課結(jié)束后的教學(xué)中，給學(xué)生講解典型例題，為學(xué)生提供示范，然后給學(xué)生布置一些類似的習(xí)題，學(xué)生模仿課堂上解決典型例題的套路分析處理問(wèn)題。在這樣的模仿過(guò)程中，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的鞏固和內(nèi)化，可以提高學(xué)生處理問(wèn)題的速度，但也不可避免地帶來(lái)思維定勢(shì)。所以，在教學(xué)中，尤其是習(xí)題教學(xué)中不僅要讓學(xué)生模仿，更要在學(xué)生掌握了基本知識(shí)、基本方法后實(shí)現(xiàn)超越，讓學(xué)生分析問(wèn)題從照葫蘆畫(huà)瓢到似瓢不是瓢，突破思維定勢(shì)和解題經(jīng)驗(yàn)的束縛，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通和處理問(wèn)題方法的透徹領(lǐng)悟。具體而言，教師可以將學(xué)生熟悉的物理問(wèn)題更改運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、物理?xiàng)l件、物理模型、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、物理情景等，將其變成形同質(zhì)異——似曾相識(shí)本質(zhì)卻又不一樣的新問(wèn)題，讓學(xué)生在解決新問(wèn)題中突破思維定勢(shì)，掌握物理問(wèn)題的本質(zhì)，并在此過(guò)程中達(dá)到深化物理概念、物理規(guī)律的理解與運(yùn)用，習(xí)得分析問(wèn)題的物理方法。

1 更改運(yùn)動(dòng)狀態(tài)深化概念的理解

物理概念是物理學(xué)的基石，概念的教學(xué)是中學(xué)物理的重中之重?！叭绾问箤W(xué)生形成、理解和掌握物理概念，進(jìn)而掌握物理規(guī)律并使他們的認(rèn)知能力在這個(gè)過(guò)程中得到發(fā)展，是中學(xué)物理教學(xué)中的核心問(wèn)題?！盵1]唯有學(xué)生正確理解概念才能正確理解物理規(guī)律，在實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)中也才能順利理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作的邏輯關(guān)系，在解決物理問(wèn)題時(shí)才能正確理解題意、構(gòu)建物理情景，解決問(wèn)題。教學(xué)中將學(xué)生熟悉的物理問(wèn)題更改其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其余條件不變，讓學(xué)生在新舊問(wèn)題的比較探究中深化對(duì)物理概念的理解。

例1 如圖1，物體A、B疊放在水平地面上，水平力F作用在物體B上，使兩者一起向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)分析物體B對(duì)物體A及地面對(duì)物體B的摩擦力。

分析 本題學(xué)生需要清楚理解靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的概念，并在此基礎(chǔ)上延伸出摩擦力產(chǎn)生的條件。物體A、B一起做勻速運(yùn)動(dòng)，A、B相對(duì)靜止，A、B和地面之間有相對(duì)滑動(dòng)。先以物體A、B 整體為研究對(duì)象，根據(jù)滑動(dòng)摩擦力的概念和產(chǎn)生條件及二力平衡可得地面對(duì)物體B有向右的滑動(dòng)摩擦力，f=F，物體B水平方向受到的合力為零，與物體A之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)，故而物體A、B之間沒(méi)有靜摩擦力。進(jìn)行上述分析后教師一般還會(huì)利用假設(shè)法分析物體A、B之間的摩擦力的情況。本題還可以將物體A、B的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行更改，具體如下。

變1：將原來(lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)更改成勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其余條件不變，讓學(xué)生分析物體B對(duì)物體A及地面對(duì)物體B的摩擦力。

新問(wèn)題的情景和例1看起來(lái)一模一樣，但是受力卻不同，地面對(duì)物體B有滑動(dòng)摩擦力，但是小于拉力F，物體A、B之間有靜摩擦，物體B對(duì)物體A的靜摩擦力向左。通過(guò)新舊問(wèn)題的分析與對(duì)比，學(xué)生對(duì)摩擦力概念中的滑動(dòng)、相對(duì)滑動(dòng)等關(guān)鍵詞會(huì)有深刻理解，尤其是通過(guò)新問(wèn)題學(xué)生能明白相對(duì)靜止與靜止的區(qū)別。相對(duì)靜止的物體是以摩擦力的施力物體為參考系，而摩擦力的施力物體未必是地面，相對(duì)靜止的物體可能相對(duì)地面是運(yùn)動(dòng)的，即運(yùn)動(dòng)的物體也可以受到靜摩擦力。

2 變化物理?xiàng)l件掌握現(xiàn)象本質(zhì)

分析物理現(xiàn)象是物理學(xué)習(xí)中必不可少的，正確分析物理現(xiàn)象，掌握物理的本質(zhì)，才能得到正確的結(jié)果，并在不斷變化的物理問(wèn)題中遷移所學(xué)知識(shí)。教學(xué)中變化物理?xiàng)l件，讓物理現(xiàn)象發(fā)生變化，在新舊現(xiàn)象的分析、比較中，促進(jìn)學(xué)生掌握物理現(xiàn)象的本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)理解和靈活變通。

例2 如圖2是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中用的離心分離器，試分析其原理。

上述問(wèn)題是各種教材離心運(yùn)動(dòng)這一部分內(nèi)容的典型案例。其原理是：渾濁液體中的不溶于液體的固體顆粒在隨分離器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心現(xiàn)象會(huì)向管底運(yùn)動(dòng)，從而快速沉淀下來(lái)，如圖3。學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解是物體分離時(shí)固體做離心運(yùn)動(dòng)。這樣的理解沒(méi)有抓住現(xiàn)象的本質(zhì)，當(dāng)學(xué)生遇到變2的情況必然出錯(cuò)。

變2：如圖4，在注滿水的玻璃管中放一個(gè)乒乓球，然后再用軟木塞封住管口，將此玻璃管放在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)上，且保持與轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)靜止，分析乒乓球會(huì)向何處運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生根據(jù)對(duì)物理現(xiàn)象表象的理解，判斷出乒乓球?qū)⒑屠?中固體顆粒一樣向管的底部運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)誤結(jié)論。通過(guò)例2和變2的分析，讓學(xué)生理解為何例2中固體顆粒向管底運(yùn)動(dòng)，而乒乓球卻不是。在例2中其實(shí)隱去了一個(gè)重要的條件，固體顆粒的密度大于液體，和同樣體積的液體在同樣的位置轉(zhuǎn)速相同的情況下相比需要的向心力大，故而其做離心運(yùn)動(dòng)，向管底部運(yùn)動(dòng)。在變2中，乒乓球的密度小于水，做離心運(yùn)動(dòng)的是水，水向外，乒乓球向里運(yùn)動(dòng)。通過(guò)上述分析，學(xué)生知道了離心分離器是按照密度對(duì)物質(zhì)分層。還可以嘗試讓學(xué)生思考離心分離器能否將懸浮在液體中的固體分離出來(lái)。

3 變化物理模型深化物理規(guī)律理解

物理模型的構(gòu)建對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用都很重要。學(xué)生只有正確構(gòu)建物理模型才能理解所學(xué)知識(shí)，才能深化對(duì)物理規(guī)律的理解和運(yùn)用。同時(shí)，物理模型的構(gòu)建對(duì)學(xué)生而言是學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。對(duì)一些重要的物理模型，教師都會(huì)通過(guò)列舉例子和習(xí)題訓(xùn)練不斷強(qiáng)化。這會(huì)帶來(lái)一個(gè)負(fù)面的影響，學(xué)生在頭腦中對(duì)模型和該模型適用的規(guī)律形成固化，當(dāng)面對(duì)的物理?xiàng)l件變化之后，不能隨機(jī)應(yīng)變，導(dǎo)致理解出現(xiàn)偏差，問(wèn)題解決出現(xiàn)錯(cuò)誤。

例3 月球質(zhì)量為m，到地心的距離是r，其繞地球運(yùn)動(dòng)的速度大小為v，地球半徑為R，求地球的質(zhì)量和平均密度。

變3：宇宙中兩顆相距較近的天體稱為雙星，它們以二者連線上的某一點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而不至于因相互之間的引力作用吸引到一起。設(shè)兩者相距為L(zhǎng)，質(zhì)量分別為m1和m2。（1）試證明它們的軌道半徑之比、線速度之比都等于質(zhì)量的反比。（2）試寫(xiě)出它們角速度的表達(dá)式。

4 變換運(yùn)動(dòng)過(guò)程深化規(guī)律運(yùn)用

運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。很多學(xué)生在分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)出錯(cuò)，導(dǎo)致誤用物理規(guī)律，無(wú)法正確獲取知識(shí)，不能順利解決物理問(wèn)題。分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)，有時(shí)教師只需要將學(xué)生熟悉的能夠處理的問(wèn)題情景、運(yùn)動(dòng)過(guò)程稍作變化，物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程就會(huì)不同，此時(shí)往往會(huì)有學(xué)生掉入陷阱，由于思維慣性，死套公式而出錯(cuò)。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，跳出陷阱，學(xué)生會(huì)豁然開(kāi)朗，增強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析能力，深化了對(duì)規(guī)律的運(yùn)用。

最后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)汽車(chē)勻減速只有2 s，后面3 s處于靜止?fàn)顟B(tài)。錯(cuò)誤的根源在于認(rèn)為5 s的時(shí)間都是勻減速直線運(yùn)動(dòng)，都套用勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式，實(shí)際情況是勻變速只有2 s，后3 s汽車(chē)靜止沒(méi)有發(fā)生位移，速度也沒(méi)有發(fā)生變化。

5 變化物理情景習(xí)得物理方法

物理情景的變化可以讓學(xué)生從不同的視角分析問(wèn)題，尤其是一些相似度極高，但是需要運(yùn)用不同的物理知識(shí)才能解決問(wèn)題的情景，對(duì)幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生習(xí)得物理方法有非常重要的作用。“在中學(xué)物理教學(xué)中，通過(guò)創(chuàng)設(shè)物理情景，有助于培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的科學(xué)素質(zhì)?！盵2]所以，在教學(xué)中有必要將物理情景進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兓寣W(xué)生在新舊情景問(wèn)題的探究中習(xí)得分析問(wèn)題的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻金鐸，田世昆.中學(xué)物理教學(xué)概論第2版[M].北京：高等教育出版社，2003：94.

[2]王運(yùn)淼.在教學(xué)中如何創(chuàng)設(shè)物理情景[J].物理教學(xué)， 2011，33 （6）：19.（欄目編輯 羅琬華）