高中物理如何培养学生的理解能力

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  摘 要:高中物理难学,导致学生选课放弃物理。如何提高学生的理解能力,让物理不再难学,是我们亟待解决的问题。
  关键词:理解能力;如何教;指导学生学;构建模型;精选习题
  高中物理的学习过程中,很多同学都抱怨物理太难。因而出现浙江学生在选课的过程中,大部分人都放弃物理,这对于以后国家的科技发展十分不利。如何让学生学会物理是摆在教师面前的重要课题。学生要学好物理的最基本能力——理解能力的培养是教师教学过程的重要的工作之一。理解能力的不足的表现:其一,学生不能准确掌握物理概念和规律及其物理意义。其二,理解能力差导致推理能力不足,对于物理的相关知识找不到联系点。其三,理解能力差导致学生上课自以为听得明白,但习题却不会解。从近几年的高考题来看,对学生的理解能力的要求越来越高。教学活动的目的是发展学生的能力,而不同层级的目标需要用不同的教学组织形式。[1]从宏观层面看,教学有法,教无定法,关键在于知法善用,贵在得法,教学法配置合理,才能有效发挥教师主导作用。从微观角度看,充分发挥教师主导作用,必须深度融合教师教的行为和学生学的行为,避免教和学两张皮。[2]
  一、学生理解能力的提高关键是在教师的课堂之上——如何教
  (一)教师要精心备课,吃透教材,将课本的概念规律用最简洁明了的语言概括出来,以及它们的由来。例如,在讲v-t图像的面积表示位移时,一定要将其得出的过程讲清楚,先从匀速运动的图像提出问题那么匀变速运动的图线与t轴的面积是不是位移呢?得出公式后并总结出计算匀变速运动的位移的两种方法。而后提出问题初中学过的I-t图像的面积也表示电荷量。通过知识的引申,提高学生对知识的迁移能力,从而使学生的理解能力得到提升。再比如,学生学习利用光的薄膜干涉检查平整度时,不知道是在样板和被检查物的哪一个表面发生的反射,那是老师没严格强调薄膜干涉,设问学生薄膜在哪?在样板和被检物品间形成一層空气膜光线在空气膜的两个表面发生干涉,学生会醍醐灌顶。
  (二)实验探究中提高学生能力。
  关于实验能力,物理考试大纲指出:能独立完成“考试内容与要求”中所列实验,能明确实验目的,能理解实验原理和方法,能控制实验条件,会使用仪器,会观察分析实验现象,能对结论进行分析和评价,能运用学过的物理理论、试验方法和实验仪器去处理问题,包括简单的设计性实验[3]。初中学生的实验大部分靠死记硬背,所以学生的动手能力及理解能力很差。高中实验讲解中,教师一定要讲透原理,通过设置问题引导学生去分析来提升能力,而不是死记硬背。例如在探究a-F的实验中,先讲明探究a-F的研究对象以及注意的条件,保证小车的质量不变,改变小车的合外力。再给学生设置问题实验中是否需要平衡摩擦力?为什么?如何平衡?如果将小车上的砝码拿下后放在砝码盘还能研究a-F的关系吗?按照学生的实际情况,这些内容最好放在适当的时机讲解,学生理解的会更透彻。久而久之学生的理解会有一个质的飞跃。
  (三)教师要帮助学生认识生活中名词与物理学中名词的区别。
  生活中的一些名词放在物理学中,我们应该重新给它定义。比如,学习圆周运动的过程中,绳模型出现一个最高点的最小速度是,先把在重力场的最高点的特点分析出来,从最低点到最高点力与速度的夹角是钝角因而速度逐渐减少。最高点力和速度垂直,即最高点和最低点时合力与速度垂直的点。紧接着,画出一个电荷在竖直方向电场中做圆周运动,再让学生分析此时的最高点在哪,最高点的最小速度还是吗?引导学生从受力的角度进行分析。然后再画一个带电小球在水平方向的电场中运动,再让学生分析最高点和最低点。相信通过学生的分析他们以后基本不会出现乱带的情况了。
  (四)教师要善于总结规律性的东西,让学生以一种简单易行的方式记住。例如在讲动量守恒时,讲到弹性碰撞一个运动的物体碰撞一个静止的物体满足动量和动能守恒
  动量守恒 ①
  机械能守恒 ②
  由.①②解得
  整个求解过程比较复杂,如果学生以后的求解过程中,不能很快得出速度表达式,对他们对问题的理解会造成很大的困扰。为了让学生有效记住可以总结碰后:碰撞物体速度分母等于主(撞击物体)加被(被碰),分子主减被乘原速;被碰物体速度分母等于主加被,分母是两倍的主乘原速。总结之后,学生做题时立即写出表达式,对于求解的问题理解能力会大大提高。
  例如在学习天体的地球人造卫星部分时,通过万有引力提供向心力得出线速度,角速度,周期,向心加速度与半径的关系:
  (1)由得:
  (2)由得:
  (3)由得:
  给学生总结出“高轨低速长周期”且让学生知道速指线速度,角速度,加速度。这样学生在分析天体问题时就不会出现各物理与半径的关系搞混的情况。
  二、老师如何将教与学进行有机结合——指导学生学
  (一)教师在教学过程中指导学生如何构建物理模型
  大部分高中生认为物理学科是最难学的学科,老师讲课时他们认为听得非常明白,自己做题发现根本无从下手,等老师讲题时他们又觉得明白了,下次做题还是不会。所以学生一直在纠结中学习物理。因而帮助他们构建物理模型很是关键。这样可以使学生在解题过程中思路清晰,明确考查的知识点,在解题过程中不会漫目无地,不知所措。从而培养学生的思考分析能力。
  1.对象建模。从研究的具体问题情境中,将问题进行简化,将研究对象转化成具体的物理模型。
  例题:如图所示,质量为M的物块A放置在光滑水平桌面上,右侧连接一固定于墙面的水平轻绳,左侧通过一倾斜轻绳跨过光滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连。现将质量为m的钩码B挂于弹簧下端,当弹簧处于原长时,将B由静止释放,当B下降到最低点时(未着地),A对水平桌面的压力刚好为零。轻绳不可仲长,弹簧始终在弹性限度内,物块A始终处于静止状态。以下判断正确的是:   A.M<2m
  B.2m<M<3m
  C.在B从释放位置运动到最低点的过程中,所受合力对B先做正功后做负功
  D.在B从释放位置运动到速度最大的过程中,B克服弹簧弹力做的功等于B机械能的减少量
  分析这是2020年山东高考题,该题考查了弹簧系统问题。考查的知识点受力分析、功能及机械能问题。而受力分析必须分析出当B下降到最低点时弹簧的弹力,要知弹簧的弹力必须知道弹簧的形变过量,物块B在平衡位置往复运动是弹簧振子模型,所以在最低点弹簧的形变量是平衡位置形变量的2倍,因而弹簧的拉力是2mg,而绳子的拉力大于Mg。所以M<2m。该题目学生需要熟记弹簧振子的几个模型,因而在平日的教学过程中,一定要强化并让学生整理归纳好常见的模型。
  2.过程状态模型。高中物理知识点多,规律多,体系庞大,因而学生在学习过程中感到困难重重。所以教师在授课的过程中让学生分成不同的模型,让学生熟记每一个模型,知道每一个模型的规律及解题方法,会使学生的能力大大提高。近几年高考特别注重实际问题的考查,因而从复杂的实际问题中建立物理模型显得尤为重要。
  例题:单板滑雪U型池比赛是冬奥会比赛项目,其场地可以简化为如图甲所示的模型;U形滑道由两个半径相同的四分之一圆柱面轨道和一个中央的平面直轨道连接而成,轨道倾角为17.2°。某次练习过程中,运动员以vA=10m/s的速度从轨道边缘上的M点沿轨道的竖直切面ABCD滑出轨道,速度方向与轨道边缘线AD的夹角Ω=72.8°,腾空后沿轨道边缘的N点进入轨道。图乙为腾空过程左视图。该运动员可视为质点,不计空气阻力取重力加速度的大小g=10m/s2,sin72.8=0.96,cos072.8°=0.30,求:
  (1)运动员腾空过程中离开AD的距离的最大值d;
  (2)M、N之间的距离L。
  分析这是山东2020高考16题,这是物体斜上抛模型的变形,对于斜上抛学生比较熟悉,很容易把速度沿着力的方向和垂直于力方向分解。因为要求物体距AD边的最大距离,因此根据斜上抛的特点,到达最高点的速度与该面平行,因而将速度沿着垂直于AD边和平行于AD边分解,当垂直于AD边的速度减为0时即达到最大高度,并且把力沿着垂直于AD边和平行于AD边分解,在垂直于AD边方向上做匀减速运动,所以:
  (1)vAsin72.8=at,a=gcos017.2°所以t=1s.d=t=4.8m.
  (2)沿着AD方向做出速度为v2=vcos072.8°的匀加速运动,加速度为a=gsin72.8,时间为2s,根据公式x=v2t+at2求得x=12m.
  (二)精选习题,强化模型练习。
  如果想让学生在解题的过程中能够快速建立模型,在平日的教学过程中,一定要通过练习加以强化。因而教师在讲完一个知识点后,一定要精选具有针对性的习题,而且一开始一定要避免综合性较强的题目,通过针对性较强且难度不是很大的题目让学生体验如何寻找模型,让他们体验解题的乐趣,体验理解物理的重要性,在日积月累中打开他们的思维,提高他们的理解能力。例如在平抛运动的二级做平抛运动的物体任意时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点。如图我们可以进行一步一步地设问:当物体落在半圆轨道时速度的反向延长线交在O点的左侧还是右侧?学生回答之后再问:该点的速度能与轨道垂直吗?进而学生就明白了如果速度垂直于轨道速度的反向延长线必交O点,物体的水平位移必然是直径,这是不可能的。以后学生解决类似的问题他就知道这就是平抛二级模型的应用。
  总之,高中物理学习的过程中需要培养学生解决实际问题的能力,将实际问题转化为物理观念,构建物理模型是必走的过程,培养学生构建模型的过程即理解能力提高的过程。也只有这样才能使学生的推理、质疑、探究能力得到充分的提高,才能更进一步为日后的终身学习打好基础。
  参考文献
  [1]曹宝龙.基于素养发展的课堂教学目标体系.课程·教材·教法,2018(1):49-53
  [2]张惠作.培养学科核心素养的高中物理教学活动设计策略[J].教学月刊:中学版.教学参考,2019(9):24-28
  [3]教育部考試中心.2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲。理科[M]北京:高等教育出版社,2018
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