高中物理习题教学中“迁移”的魅力

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  (浦江县第三中学浙江 浦江322200)
  
  1在习题教学中,巧设恰当的物理情境,借助物理模型的建立,实现物理概念和规律的“正迁移”
  由于物理学科的特点,注定了物理研究的对象离不开我们的日常生活,高中物理习题内容必然与现实生活紧密联系,物理情境的创设和物理模型的建立都源于生活;学生在物理习题的求解过程中,若面对的物理情境和规律都是陌生的面孔,可以想象,在一定的时间内要想正确求解是一件比较困难的事情,下面我们通过一道典型习题的处理过程来认识情境创设和模型的建立在正确处理物理习题过程中的重要性和必要性.
  案例1科学家在一次微观物理实验中发现,在彼此的静电力作用下,在极小尺度上,可以绕共同的旋转中心做匀速圆周运动.现在已知两个微粒的质量分别为M和m,相距距离为L,带电量分别为q1,q2,试求它们旋转过程中的角速度?
  分析本题主要考查学生对具有彼此作用力的双旋转体系统的认识,许多学生不习惯这样的双体旋转模型,分不清F=kq1q2r2与F=mω2r中的r的物理意义的区别,混淆了静电力作用距离和圆周运动中的质点到圆心的距离,从而不能发现双体旋转系统的特点.物理教师可以组织学生回顾所学的基础知识,必要时以陈述或讲演法进行复习,继而通过对日常生活中实际模型的探索,引导学生构建符合本题的物理模型,同时为学生的进一步探究创设恰当的物理情境.如:可以制作三维动画或播放奥运会比赛画面,然后指出,两个微粒犹如男女花样滑冰一样.当然,也可以从实验室中找出化学晶体模型用的塑料小球,将其固定在细木杆两端作为两个带电微粒,在木杆上任意位置(不要在中点)钻个孔作为旋转的点.这样一个自制的简易装置展示了双旋转体运动模型,有利于学生对本题中模型的深刻认识与理解.学生比较容易领悟到:两个微粒之间的静电力提供它们做匀速圆周运动的向心力,静电力作用距离为圆周运动半径之和,两颗星体角速度相等.具体的解题过程如下:
  F向=kq1q2L2=Mr1ω2=mr2ω2,
  其中r1 r2=L(解略).
  可见,教师通过日常生活中的简易器材,自制教具展示物理模型,这在高中物理的习题教学中能够发挥较好的教学效果,学生在感性认识方面得以加强,利用物理概念和规律处理实际问题的能力也得到了进一步提升,从而实现能力的正迁移.
  2在习题教学中,引导学生注重“有理有据”的同时学会“自主评价”,克服思维定势对处理高中物理习题的“负迁移”
  迁移理论明确的告诉我们:学生在解题过程中应该注重自我监控的重要性.由于高中学生在解题之前,在头脑中就存在许多“前概念”,有时也是影响顺利解题的“畔脚石”,在高中物理习题求解过程中,教师可以友情提醒学生解题的每一步都要有理有据,环环紧扣的进行.实践证明:错误的前概念对物理概念和物理规律的掌握与理解具有极大的副作用,例如:摩擦力总是阻碍物体的运动,力是维持物体运动的原因,马拉车的力大于车拉马的力等等这些错误的前概念都对我们物理的学习产生极大的负迁移,学生只有在自我反思和自我评价中认识和总结错误类型,通过归纳分析错误的缘由加以剖析.这样可以起到打破原有的解题思维和解题方法的定势思维对习题处理的负迁移.下面通过一个案例的剖析过程说明思维定势的缺陷.
  案例2如图2所示,一个物块被人用压力F固定在斜面的表面上,则物块对斜面的合力方向是从P点指向下列哪个角两条边所在的区域?
  A.∠CPDB.∠DPM
  C.∠MPND.∠NPC
  分析高中物理解决问题时,通常在选择了研究对象之后,对其进行受力分析,在图中画出研究对象所受到的力.本题中,学生在初步审题之后,一般选择对斜面上的物块进行受力情况的探究,最终将探究结果作为本题的答案:根据平衡条件可知物块受到的支持力F和重力的合力方向从P点指向∠NPC两边所夹的区域,所以所求的力从P点指向∠DPM两边之间区域.其实,在本题中,最终要求的并不是物块受到的力,恰恰相反,要求物块对斜面产生的力.学生之所以产生上述的错解,这是学生在前一阶段学习中业已形成的前概念造成了思维定势.在实际教学中发现学生在完成此道习题时错误率很高,若能注意到问题中的受力对象是斜面就能正确选择D.
  可见,在习题教学中教师一方面要指导学生总结业已获得的解题经验,同时,面对具体问题时,又要认真审题,摆脱已有经验的思维定势束缚,最终做出正确判断.
  3在习题教学中,合理利用数学工具处理疑难问题,同时也要杜绝走物理问题纯粹“数学化”的极端
  常言道:数理不分家,其实数学作为一个工具型学科,在处理高中物理问题中应用十分广泛,特别是物理习题的求解更是离不开数学知识的利用,可以说物理习题教学因为有了数学知识的渗透而具有丰富的意义.下面通过一个实际案例的分析来说明数学工具在物理习题处理过程中的优越性和独特性,说明数学知识在物理习题教学中的正迁移.
  案例3某场地正在拍摄一部电影,演员骑在摩托车上,以4 m/s的速度向右通过A点时立即以2 m/s2的加速度匀加速直线运动,与此同时,1 s后摄影师携带摄影器材坐在另一辆车上以10 m/s的速度也通过A点向右,并且与演员运动方向相同,摄影车的加速度最大为1 m/s2,试问,在此次摄影过程中,摄影师能够拍摄到的演员正面画面时长最多是多少?
  分析这是一道取自现实中的问题,如果拘泥于繁琐的追击细节,分布列式解决问题,不仅很繁琐,而且物理意义不易看清.但是如果借助于数学思想,即以A点为坐标原点,建立x轴,正向向右,那么,从摄影师过A点开始计时,摄影师能够拍摄到的演员正面画面的条件就是摄影师相对于坐标原点向右的位移大于演员相对于坐标原点向右的位移.因此,只要列出他们位移相等的方程
  4(t 1)=12×2(t 1)2=10t 12×1×t2,
  这个方程的较小的正解表示摄影师从后面追上演员的时刻,而较大的正解表示演员后来再次反超摄影师的时刻,所以,两根之差就是摄影师能够拍摄到的演员正面画面时长的最大值.在此处要巧妙运用数学的方程论中的结果,而无需直接解出方程:
  将4(t 1) 12×2(t 1)2=10t 12×1·t2,
  整理为t2-8t 10=0,
  这个方程的两根之差为
  2Δ=282-4×10×1=46,
  所以,本题所求摄影师能够拍摄到的演员正面画面时长最多是46 s;如果学生能够联系二次函数的数学知识做出
  y=4(t 1) 12×2(t 1)2
  与y=10t 12×1·t2,
  并且定性画出它们的函数图象,如图3,就能够更好地理解上述数学方法的物理意义了.
  由以上分析也可看出,数学知识作为解决科学问题的工具,有时运用巧妙,的确可以简明扼要地表达出物理思想,因此,物理教师在平时的课堂教学中要有意识培养学生运用数学工具,如方程、函数和不等式,正确画出相关的数学图象,从而提高解决问题的效率也能进一步加深对物理问题的理解.
  然而,物理毕竟不同于数学,在处理实际问题的过程中也要关注所处理问题的物理意义,物理习题处理纯粹数学化的思想是要不得的,也是物理学习的一个误区.笔者通过下面这个简单的例子加以说明:汽车以大小为20 m/s的速度做匀速直线运动,刹车后,获得的加速度的大小为5 m/s2 ,那么刹车后6 s内汽车通过的路程为多少?常见错误:设6 s内汽车通过的路程为x,则据题意得
  x=20×6-0.5×5×62=30 m.
  造成错误原因是过分依赖数学知识,没有认真分析物理过程.实际上4 s的时候汽车已经停止,不再运动,更不会后退,故t=4 s而不是6 s.
  高中物理习题课堂教学中迁移理论的运用,使得抽象的物理问题变得通俗易懂,作为一线的高中物理教师应该认识到迁移的重要性,应该在将迁移理论渗透到平时的物理课堂教学中去,充分挖掘其中的影响迁移的因素,适时对症下药,从而实现课堂教学效果的最大化.·教学随笔·
  
  
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