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      淺談習題教學中培養(yǎng) 思維能力的方法和途徑

      2019-09-10 07:22:44劉勁松
      求學·教育研究 2019年9期
      關(guān)鍵詞:思維培養(yǎng)習題教學初中物理教學

      劉勁松

      摘 要:習題教學是初中物理教學的基本內(nèi)容和重要環(huán)節(jié),文章結(jié)合實際案例從三個方面來闡述物理習題教學中培養(yǎng)和提高學生思維能力的方法和途徑。

      關(guān)鍵詞:初中物理教學;習題教學;思維培養(yǎng)

      習題教學是初中物理教學的基本內(nèi)容和重要環(huán)節(jié),以習題教學的形式,讓學生在“游泳”中學會“游泳”,也是思維能力培養(yǎng)的重要途徑。本文結(jié)合實際案例從三個方面來闡述物理習題教學中培養(yǎng)和提高學生思維能力方法和途徑。

      一、抓住問題的本質(zhì)和特征進行分析、變通、延伸、發(fā)散,培養(yǎng)學生善于抓住問題本質(zhì)的能力

      通過深入分析問題的表象,揭示問題的本質(zhì)和外延,通過“同一問題多種條件變化”的訓練,培養(yǎng)并提高學生思維的深刻性。

      例1? 如圖1所示,有一質(zhì)量不計的杠桿OM,在杠桿的中點掛一個20N的重物,在杠桿的右端施加一個與杠桿垂直且向上的力F,使杠桿水平靜止,則F = N。

      解析:當杠桿水平靜止時,由杠桿平衡條件F×lF= G×lG可得:F=G=G=×20N=10N.

      變化1:在上述例1中,若F方向始終垂直于杠桿向上(也就是力F隨杠桿的轉(zhuǎn)動方向也發(fā)生改變,但力F始終與杠桿垂直),將重物G緩慢勻速提高的過程中,F(xiàn)的大小將 (選填“變小”“不變”或“變大”)。

      解析:本題設(shè)計了一個杠桿動態(tài)平衡的模型情景,當杠桿位置發(fā)生變化時,相應的動力臂、阻力臂可能隨之變化。解題關(guān)鍵是,由平衡條件可得F=G。在杠桿轉(zhuǎn)動的動態(tài)平衡過程中,通過作圖可得lG在變小,而動力臂lF、物重G保持不變,從而得出動力F將變小。學生對于杠桿動態(tài)平衡過程中的力臂變化問題往往無從下手,若通過作圖并結(jié)合杠桿平衡條件進行分析,問題便迎刃而解了。

      變化2:例1中,保持動力F的方向始終豎直向上,將重物G勻速緩慢提高的過程中,動力F的大小將? ? ? ? ? (選填“變大”“變小”或“不變”)。

      解析:杠桿轉(zhuǎn)動后,動力臂和阻力臂都變小了,但從杠桿力臂的示意圖可以看出,動力臂和阻力臂之比不變,始終是=。由杠桿平衡條件可得F=G=G,于是得出動力F保持不變。學生往往受到變化1中思維方式的干擾,列出式子F=G后,他們只發(fā)現(xiàn)圖中l(wèi)G變小了、lF也變小了,而沒有發(fā)現(xiàn)lG、lF都變小的同時,其兩者的比值是不變的。

      變化3: 如圖2所示,例1中保持杠桿始終處于水平靜止狀態(tài),動力F的方向從a位置旋轉(zhuǎn)到b位置,動力F的大小將 (選填“變大”“變小”或“不變”)。

      解析:本題設(shè)計了一個杠桿靜止而動力方向發(fā)生改變的動態(tài)平衡模型情景,當動力F的方向發(fā)生變化時,相應的動力臂lF、阻力臂lG可能隨之變化。解題關(guān)鍵是,由平衡條件可得F=G. 在杠桿轉(zhuǎn)動的動態(tài)平衡過程中,通過作圖可得物重G、阻力臂lG不變,而動力臂lF先變大后變小,從而得出動力F將先變小后變大。

      通過問題條件的改變,讓學生在“一題多變”的過程中悟出問題的本質(zhì)和解決該類型問題的核心思路及本質(zhì)方法,擴大了視野,深化了對問題本質(zhì)的理解,有效地培養(yǎng)和提高了學生思維的深刻性。

      二、引導學生回看思路,通過換角度、多方位的分析和反思,通過“同一問題多種方法對比”,培養(yǎng)并提高學生思維的靈活性

      例2? 京滬高速收費站于今年開始對超載貨車實施計重收費:(1)小王結(jié)合所學物理知識設(shè)計了圖3稱重原理圖,下列說法正確的是( )

      A.稱重表是由電壓表改裝的

      B.電路中的R1是沒有作用的

      C.當車輛越重時,稱重表的示數(shù)越小

      D. 車輛越重時,稱重表的示數(shù)越大

      解析:A選項,由電路連接方式分析,串聯(lián)在電路中的稱重表是電流表;B選項,從極端化的角度來分析,當貨車太重導致滑動變阻器R2阻值過小,R1的存在可以防止電流過大,起到保護電路的作用;C、D選項,從串聯(lián)電路的歐姆定律角度來分析I= ,U、R1不變,車越重,滑動變阻器R2阻值約小,電流I越大。通過回看思路,利用三個不同角度,提高學生的思維能力。

      (2)如果稱重表是一個電壓表,利用原來的器材,用三種方法分別設(shè)計三個電路,使得貨車越重,稱重表的示數(shù)越大 .

      a b c

      解析:方法1,利用原圖結(jié)合串聯(lián)分壓的原理,車越重,滑動變阻器R2阻值越小,其兩端電壓U2越小,電源電壓不變,R1兩端電壓U1越大,稱重表(電壓表)應該并聯(lián)在R1兩端(如圖4a)。方法2,利用串聯(lián)分壓,逆向思考,改變滑動變阻器R2的接線方式,使得車越重,滑動變阻器R2阻值越大,其兩端電壓U2越大,電壓表(稱重表)應并聯(lián)在滑動變阻器R2兩端(如圖4b)。方法3,滑動變阻器同接下接線柱,電壓表并聯(lián)在上、下接線柱上,使得車越重,電壓表所測電壓部分的電阻值越大,電壓表示數(shù)越大(如圖4c)。

      通過從三個不同的角度來分析同一問題,從而得出解決同一問題的三種方法,通過多角度分析問題,培養(yǎng)了學生思維的靈活性。

      三、通過對比解題思路和優(yōu)化思維流程,引導學生尋找問題間的本質(zhì)聯(lián)系,通過“限時解決問題”的訓練,培養(yǎng)并提高學生思維的敏捷性

      例3? 某實驗小組的同學為了進一步探究電路的性質(zhì),他們選擇了一個電壓可調(diào)的電源進行實驗.實驗所用電路如圖5a,但電壓表位置不詳,定值電阻R1的阻值為8Ω,所用滑動變阻器R2是“10Ω2A”和“5Ω3A”中的一個。若某次實驗時,滑動變阻器R2接入電路阻值為最大值的一半,兩表刻度盤上的指針位置如圖5b所示,請通過計算推測他們實驗時所用滑動變阻器R2的規(guī)格和R2兩端的電壓。

      a b

      解析:按常規(guī)思路進行分類討論,電壓表所接位置分為三種可能的情形:①與R1并聯(lián);②與R2并聯(lián);③與電源并聯(lián)。電流表讀數(shù)分為兩種可能的情形:①1A;②0.2A。電壓表讀數(shù)分為兩種可能的情形:①13V;②2.6V。滑動變阻器R2的阻值有兩種可能的情形:①2.5Ω;②5Ω。一共需要討論24種組合的情形,分類討論的情形過多,解決問題的過程過于煩瑣,解決問題所需時間太長。如果對思維流程進行反思和優(yōu)化可發(fā)現(xiàn),抓住“電壓表和電流表的比值”進行分類討論,電壓表所測電阻只有三種可能:① =? = 13Ω;② = 65Ω;③? = 2.6Ω??紤]到R1=8Ω,R2 = 5Ω或2.5Ω,可排除上述②③兩種可能,電壓表一定接在R1、R2這個整體兩端(即電壓表所測電壓為電源電壓),電壓表測電源電壓,且R2 = 5Ω。這樣迅速得出只有兩種可能的情形:電壓表并聯(lián)在電源兩端且R2 = 5Ω,電壓表示數(shù)2.6V且電流表示數(shù)0.2A,或電壓表示數(shù)13V且電流表示數(shù)1A。所以滑動變阻器R2的規(guī)格為“10Ω 2A”,R2兩端的電壓為“1A×5Ω=5V”或“0.2A×5Ω=1V”。

      在教學過程中,通過反復對比解題思路從而優(yōu)化思維流程,引導學生尋找問題間的本質(zhì)聯(lián)系,減少不必要的冗余步驟,培養(yǎng)并提高學生思維的敏捷性。

      四、注重方法的教學

      正如教育家布魯納所說:“教和學從根本上講都是為了掌握學科內(nèi)容的結(jié)構(gòu)?!币寣W生從整體上掌握學科知識且具有完整意義的認知結(jié)構(gòu),知識和方法是不可分的,具有同等的重要性。在實際教學中要特別注重方法的教學,學生通過學習能將教材的知識轉(zhuǎn)化為學生的認知結(jié)構(gòu)并形成知識的遷移。只有知識,沒有方法,很難有認知的形成及知識的遷移。

      比如說學習壓強時,如果不用比值定義法建立物理概念,很難建立起壓強的概念,頭腦里原有的知識也就得不到遷移。那么學生頭腦中的知識往往不具有條理性,不能融會貫通,也就不能稱之為認知結(jié)構(gòu)了。例如2001年蘇州市中考第40題就是考查學生是否掌握了這種科學方法。

      (2001年蘇州市中考第40題)已知我國已研制成的碳納米管的強度(可理解為“單位面積能承受的最大拉力”)是鋼的100倍,而碳納米管的密度僅為鋼的,假設(shè)有兩根足夠長的細繩,一根由上述碳納米管制成,一根由鋼制成,將它們分別在地面附近豎直懸掛起來,設(shè)它們能承受自身重力而不斷裂時的最大長度分別為l納米與l鋼,則= 。

      本題中的“強度”的概念初中生是沒有學過的,但根據(jù)題目中的定義“單位面積能承受的最大拉力”與學過的壓強(單位面積上受到的壓力)的定義進行類比,從而發(fā)現(xiàn)“強度”“壓強”都是比值定義法建立的物理概念,因此得出強度=,強度=。

      如果我們確認物理教學應該遵循教育的規(guī)則,接受知識的目的是建立認知結(jié)構(gòu),那么物理教學的目的不僅要用掌握知識,更重要的是理解科學方法。習題教學中,不能只是為了傳授知識而單純地講解題目本身,重要的是培養(yǎng)學生思維的深刻性、思維的靈活性、思維的敏捷性,注重方法教學,才能提高學生的學習能力。

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