用“5W2H法”设计高中物理“二级结论”教学

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  物理中的“二级结论”通常指一些由基本物理概念、规律导出的推论,或者是在一些特定的物理情境中,对一些物理现象通过归纳、演绎推理出的一些结论。如在研究运动学问题时我们常常用到这样一个二级结论:对于做匀变速运动的物体,中点时刻的速度等于物体在这段过程的平均速度。这个结论就是根据匀变速运动规律的公式、平均速度公式等推导出的。在电磁感应现象中,常用到“增反减同”、“增缩减扩”、“来拒去留”等二级结论,是在导体发生电磁感应现象时归纳总结出来的。
  “5W2H法”是第二世界大战中由美国陆军兵器修理部首先提出的。具体说来,就是:(1)WHY:为什么?(2)WHAT:是什么?(3) WHERE:在哪里做?(4)WHEN:什么时机最适宜?(5)WHO:谁?谁来完成?(6)HOW MUCH:多少?数量如何?(7)HOW TO:怎么做?如何实施?因其简单、方便、易于理解使用,富有启发意义,现广泛应用于企业管理和技术活动,对于决策和执行性的活动措施也非常有帮助,也有助于弥补考虑问题的疏漏。
  对于如何使用“二级结论”,有教师认为可以极大地提高解题速度,主张尽可能多的使用。也有教师认为会影响学生思维能力的培养,主张慎用或者不用。“5W2H法”为教师合理进行“二级结论”教学提供了一个很好的思路。借助于“5W2H法”,可以对二级结论的教学过程进行设计、实施。
  1 WHY——重视为什么要引入二级结论
  在学生学习物理概念时,教师首先都会使学生知道为什么要引入这个概念,引入它有什么用。这样将教学目的转换为学生的学习目的,[TP12GW30。TIF,Y#]激发起学生的学习兴趣和求知的欲望。在二级结论的教学过程中,教师同样需要讲清楚为什么要引入这个二级结论。最常见的引入方法就是设置一个物理情境,先让学生用常规的方法进行思考。通常这个情境要较为复杂,学生要花费心思才能解出来。如在引入二级结论“来拒去留”时,教师可以先设计如下情境:如图1所示,铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落,问
  [FL(K2]路,由电源开关S2(S2-1、S2-2)、电池GB2、接收天线A2、无线接收集成电路IC3、无线解码集成电路IC4、电阻器R2~R6、电容器C3~C5、晶体管V1与V2、二极管VD1与VD2、继电器Κ和升压变压器T组成,如图所示。其中,A2、IC3、IC4、C3、R2、R3、VD1、V1和K组成无线接收控制电路;R4、V2和T组成振荡升压电路;VD2、R5、C4、C5和R6组成充放电电路。
  安装电雷管时,应确保S2处于“关”状态(即S2-1断开,S2-2接通)。引爆时,将S2置于“开”状态(即S2-1接通,S2-2断开),按一下按钮S1,经IC1编码后的无线编码信号经IC2调制放大后通过A1向天空发射出去。A2接收到的无线编码信号先经IC3进行解调放大,然后再送入IC4进行解码及识别处理后,从IC4的17脚输出一个高电平脉冲信号,使V1导通,K吸合,其常开触头接通,振荡升压电路通电工作,在T的W3绕组上产生近800V脉冲电压。该电压经VD2整流后,通过R5对C4和C5快速充电。当IC4的17脚变为低电平时,V1截止,K释放,K的常开触头断开,振荡升压电路停止工作,C4和C5通过M向电雷管放电,将电雷管引爆。元器件选择:R1~R4均选用1/4W金属膜电阻器;R5和R6均选用1W金属膜电阻器。C1和C3均选用独石电容器;C2选用耐压值为16V的铝电解电容器;C4和C5均选用耐压值为630V 的铝电解电容器。VD1选用1N4007型硅整流二极管;VD2选用2kV、1A的整流硅堆(也可用两只1N4007串联使用)。V1选用58050型硅NPN晶体管;V2选用BU406型高反压硅NPN晶体管。IC1选用VD5026型无线编码集成电路;IC2选用F30-3F型无线遥控发射集成电路;IC3选用 F30-3J型无线遥控接收集成电路;IC4选用VD5027型无线解码集成电路,GBI使用12V叠层电池;GB2使用12V小容量蓄电池。K选用4098型12V直流继电器。T使用成品脉冲升压变压器。S1选用微型动合按钮;S2选用小型双极按键自锁式开关。A1和A2使用细导线代替。
  在下落过程中,圆环受到安培力的方向向哪里。学生在分析这个问题时首先要用楞次定律、右手螺旋定则判断感应电流的方向,而后用左手定则判断安培力的方向,由于这里不是直导体棒用左手定则时还得先在圆环上取一小段来分析,再合成。用常规方法判断出安培力的方向要花费很大的力气。此时教师提出“来拒去留”这个二级结论,通过对比从而使学生产生深刻的印象。
  2 WHAT——科学表述二级结论的内容
  二级结论不同于物理中常见的概念和规律,很多结论在课本、教师用书等资料中不会有统一的说法。由于缺少统一标准的表述,教师一般会借用一些参考资料或自己归纳出二级结论的内容。这个时候科学表述出二级结论就比较重要。如关于摩擦生热的“Q=f·s相对”的表述,有人将它表述为:当一个物体在另一个物体上发生相对滑动时,由于摩擦产生的热量等于滑动摩擦力做的功。表达式f·s相对虽然和功的表达式很相像,但很明显不是功。功的定义式里面的s通常指相对于地面的位移,另外功有负值,而求热量时是不会有负值出现的。所以这种表述是错误的。还有人将它表述为:当一个物体在另一个物体上发生相对滑动时,由于摩擦产生的热量等于滑动摩擦力乘以物体相对滑动的位移。这里将s理解为位移就不是很准确,我们知道这种模型中物体有往返运动也是可以的。如果物体相对于另一物体返回到原来位置,则此时相对位移为零。此时由表达式算出热量为零。但是此过程中产生的热量不可能为零。科学的表述是:当一个物体在另一个物体上发生相对滑动时,由于摩擦产生的热量等于滑动摩擦力乘以物体相对滑动的路程。如果一开始二级结论表述就是有问题的,那么学生应用二级结论时会出现各种各样的问题。   3 WHEN——何时提出二级结论
  教师需要在恰当的时候提出二级结论。平时教学过程中,有时为了赶教学进度,有教师在某部分内容学习的一开始就给出一些二级结论,然后让学生做题巩固。这种方法看似短时间内提高了学生学习成绩,其实不利于学生能力的培养。例如在学生学习闭合电路欧姆定律后,常常需要对动态电路进行分析。有这样一个常见的问题:
  如图2所示的电路中,电源电动势为E,内电阻为r。开关S闭合后,电灯L1、L2均能发光。现将滑动变阻器R的滑片P稍向上移动,下列说法正确的是[TP12GW31。TIF,Y#]
  A。电灯L1、L2均变亮
  B。电灯L1变亮,L2变暗
  C。电流表的示数变小
  D。电流表的示数变大
  本道题如果用二级结论“串反并同”来分析,则很快可以得出正确的结果。因此有教师主张讲完闭合电路欧姆定律后就立即告诉学生“串反并同”这个二级结论。然而在学生刚学完闭合电路欧姆定律后,练习这道题的的目的更主要的是培养学生对串并联电路的分析能力,加深对闭合电路欧姆定律的理解。学生过早地应用二级结论来解题,会使学生失去练习的机会,会削弱对闭合电路欧姆定律的理解。当然不是说不可以用“串反并同”来解题,我们完全可等学生学完了这一章知识,对闭合电路欧姆定律有着较深的理解后再提出。可见对于这类二级结论,教师需要选择好合适的时机提出,不宜过早也不宜过迟。
  4 WHERE——关注二级结论的使用条件[HJ1。55mm]
  很多二级结论是在特定的物理情境中推导出来的,因此就有比较严格的适用范围。学生在学习二级结论时,教师一定要让学生理解其适用范围,否则解题就会出现错误。如下题:
  美国《大众科学》月刊网站报道,美国明尼苏达大学的研究人员发现,一种具有独特属性的新型合金能够将热能直接转化为电能。具体而言,只要略微提高温度,这种合金就会变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图3所示。A为圆柱形合金材料,B为线圈,套在圆柱形合金材料上,线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热,则
  [TP12GW32。TIF,Y#]
  A。B中将产生逆时针方向的电流
  B。B中将产生顺时针方向的电流
  C。B线圈有收缩的趋势
  D。B线圈有扩张的趋势
  加热后线圈B中磁通量变大,学生如果此时没有仔细思考,依然应用二级结论“增缩减扩”来解题就会选择错误的C选项。事实上由于磁感线是闭合曲线,当线圈B收缩时线圈里的磁通量是变得更大,要阻碍磁通量的变化,线圈有扩大的趋势。所以本道题应该选D。在这种条件下,应用这个二级结论就出现了问题。为此在学生学习这类二级结论时教师就应该限定其使用范围,在哪里、在什么条件下才可以使用此类二级结论。
  5 WHO——明确学生的主体地位
  建构主义学习理论认为学生学习的过程是学生自我建构知识的过程。学生在学习一般的概念规律时,教师大都能注意到这点。在学习二级结论的过程中教师也应明确学生的主体地位,重视学生的建构过程。二级结论通常是由概念规律推导出或由一些物理问题在典型的物理情境中归纳推导出来。因此二级结论建立的过程也是学生对概念规律深化理解的过程,是能力得到提升的过程。例如在学习万有引力定律时,有这样一个二级结论:行星绕太阳运动时,轨道半径越大,运动越慢。学生若要理解这个结论中“慢”字,就需要对运动过程中线速度、角速度、周期、频率等物理量,应用万有引力定律分别进行分析,而后归纳出轨道半径越大,运动越慢这个结论。这个过程需要学生自己建构,教师如果直接告诉结论,学生缺少了自我建构的过程,能力无法得到提升,也是无法深刻理解这个结论的。
  6 HOW MUCH——有多少二级结论
  二级结论究竟有多少个?这个问题恐怕不容易回答。但教师在教学过程中一定要知道准备在这学期或者这个单元中,让学生学习多少个二级结论。哪些要详细讨论,哪些不宜提出。如关于功能关系有这样一个二级结论:克服安培力做的功等于产生的电能。这个结论使用比较复杂,应用时限制条件比较多,对于它的正确与否很多教师还在发表文章进行讨论。因此目前就不宜对全体学生提出。
  7 HOW TO——我们如何得出二级结论的
  二级结论得出的过程一般遵循以下步骤或程序:设置情境—归纳或演绎推理—得出结论—应用结论。在此过程中要特别注意提醒学生搞清结论的原理,注意结论的使用范围。
  总之,学生在解决物理问题过程中如能恰当地应用二级结论,则可以缩短解题时间,提高解题效率。但如果应用不当,也会引起不必要的错误。教师在教学过程中如果没能合理使用二级结论,则有可能阻碍学生思维、想象等能力的培养。用“5W2H法”从七个侧面进行思考,教师可以从多方面帮助学生学会如何合理的应用二级结论。
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