何艷
摘 要:在新一輪高中課改中,提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)成為中學(xué)物理教學(xué)的核心任務(wù)。物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)包括科學(xué)思維的培養(yǎng)。物理習(xí)題教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的一個非常重要的途徑。通過綜合題的分解與解決,就如何培養(yǎng)學(xué)生物理思維做了一定的初探。
關(guān)鍵詞:物理;科學(xué)思維;綜合題解析
【中圖分類號】G【文獻標識碼】B【文章編號】1008-1216(2018)10B-0107-02
2017年版《普通高中物理課程標準》(以下簡稱課標)提出了物理核心素養(yǎng)這個課程目標。在新一輪的高中課程改革中,“核心素養(yǎng)”成為課改和教改的方向。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面?!翱茖W(xué)思維”中“對客觀事物的本質(zhì)屬性,內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系的認識方式”“對構(gòu)建物理模型的抽象概括過程”是要求學(xué)生學(xué)會從物理學(xué)的視角發(fā)現(xiàn)問題和分析問題; “分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運用”則是對培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力方面提出了新要求??茖W(xué)的進步、社會的發(fā)展就是在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中不斷進行的。高中階段的學(xué)生,盡管已經(jīng)具備了一些初步的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,但與課標提出的讓學(xué)生能運用科學(xué)思維方法,從定性和定量兩個方面對相關(guān)問題進行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論的要求仍相差甚遠。因此,教師在高中物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維呢?
一、綜合題解題教學(xué)的重要性
學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體, 課標中提出“引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)”,即教師在平時的物理教學(xué)過程中需引導(dǎo)學(xué)生,逐步培養(yǎng)學(xué)生的自主探究、自主學(xué)習(xí)、自我解決問題的能力。作為一名物理教師,可以通過多樣化的教學(xué)方式,在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)中培養(yǎng)學(xué)生的物理思維。
愛因斯坦說過:“提出問題往往比解決問題更重要?!辈荒馨l(fā)現(xiàn)問題也就無從培養(yǎng)思維。在物理教學(xué)中,編設(shè)的題目不是為培養(yǎng)解題熟練工,而是創(chuàng)設(shè)情境幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,促使學(xué)生在解決問題的過程中分析研究,體驗物理思想,培養(yǎng)物理思維。因此,習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)中提高學(xué)生思維能力非常重要的環(huán)節(jié)之一,通過解題能有效培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力和邏輯思維。筆者認為,綜合題的解題過程最能培養(yǎng)學(xué)生物理思維。綜合題涉及內(nèi)容多,信息量大,關(guān)聯(lián)知識多,通過綜合題,可以培養(yǎng)學(xué)生對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系的認識方式;可以培養(yǎng)學(xué)生分析綜合、推理論證的能力;還可以培養(yǎng)學(xué)生在解決問題的過程中對所得到的結(jié)論提出質(zhì)疑、檢驗和修正的能力,從而培養(yǎng)其提出創(chuàng)造性見解的能力和品格。學(xué)生在高一、高二完成必修和選修模塊學(xué)習(xí)之后,高三便進入了綜合復(fù)習(xí)階段,通過綜合題解析,學(xué)生的物理思維能得到迅速提升。
二、 綜合題解題教學(xué)的實例分析
在高三的二輪復(fù)習(xí)中,筆者針對通過綜合題的分解與解決來培養(yǎng)學(xué)生物理思維做了一定的初探。下面以一節(jié)習(xí)題課為例,分享關(guān)于通過“綜合題的分解與解決”來落實學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的嘗試與思考。
(一)教學(xué)活動
1.拋磚引玉,通過學(xué)生分析并解答兩個基本題得出物理習(xí)題的基本解題方法。
例1.如圖1所示,一個動能為EK的帶電粒子,垂直于電場線方向飛入平行板電容器,飛出電容器時動能為2EK,如果使這個帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?,那么它飛出電容器時的動能變?yōu)椋? ? )
A.8EK? ? ? ?B.5EK? ? ? ? ?C.4.25EK? ? ? ? D.4EK
例2.如圖2所示,電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運動,然后射入電勢差為U2的兩平行極板間的電場中,入射方向跟極板平行。整個裝置處于真空中。重力可忽略,在滿足電子能輸出平行板區(qū)的條件下,下列四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角θ變大的是(? ? )
A. U1變大 ,U2變大? ? ? ? ? ? ?B. U1變小 ,U2變大
C. U1變大 ,U2變小? ? ? ? ? ? ?D. U1變小 ,U2變小
學(xué)生總結(jié)解題思路:
2.通過兩個基本題找到基本解題方法之后,筆者緊接著拋出這樣一個綜合題。
例3.如圖3所示,兩平行金屬板A、B長8cm,兩板間距離d=8cm ,A板比B板電勢高300V。一帶正電的粒子電荷量,沿電場中心線RO垂直飛入電場,初速度。粒子飛出平行板電場后經(jīng)過界面MN、PS間的無電場區(qū)域后進入固定在O點的點電荷Q形成的電場區(qū)域,(設(shè)界面PS右邊點電荷的電場分布不受界面的影響)。已知兩界面MN、PS相距為12cm,D是中心線RO與界面PS的交點,O在中心線上,距離界面PS為9cm,粒子穿過界面PS最后垂直打在放置于中心線上的熒光屏bc上。(靜電力常量k=9.0×109N·m2/c2)求:(1)粒子穿過界面MN時偏離中心線RO的距離多遠?到達界面PS時里離D點多遠?(在圖上粗略畫出粒子運動的軌跡。)
此綜合題,閱讀量大,過程較多。在一般情況下,學(xué)生解題的預(yù)見力較差,一遇綜合題,畏難畏煩,不敢做,不愿做。教師引導(dǎo)學(xué)生用邏輯的力量思考如何通過分解來化繁為簡。
具體如下:
過程分解一:
如圖4所示,已知條件不變,帶電粒子沿電場中心線RO垂直飛入電場,求飛出平行板電場時速度的方向。
為化解難度引導(dǎo)學(xué)生通過加問來思考,圍繞中心問題,層層推進,環(huán)環(huán)相扣,通過引導(dǎo)學(xué)生對自己提問“為什么”的邏輯推理來找出解決問題的層次。
(1)在AB兩板間的電場強度多大?方向?
(2)在AB兩板間受力情況怎樣?做什么運動?
(3)過MN時速度的大小和方向?
過程分解二:
如圖5所示,已知條件不變,帶電粒子沿電場中心線RO垂直飛入電場,粒子飛出平行板電場后經(jīng)過界面MN到達平面PS。求:粒子到達PS時里離D點多遠?
在上一題的基礎(chǔ)上加問:
(1)粒子在MN與PS間做什么運動?
(2)粒子到達PS時里離D點多遠?
過程分解三:
帶電粒子在P帶電粒子在PS板右側(cè)運動打到bc上,教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)加問化解難度。
(1)帶電粒子怎么會垂直打到bc板?(2)帶電粒子在PS板右側(cè)受什么力?做什么運動?解題后,教師引導(dǎo)學(xué)生反思為了化解題目的難點,在解題中,運用了哪些分解方法,它們的作用是什么以及如何合理運用這些分解方法。
學(xué)生通過思考,總結(jié)得到,本題中運用的分解方法分為過程分解和加問分解。過程分解是把一個復(fù)雜問題按過程的時間順序進行分解,把一個多過程題目分解若干個基本題,過程分解關(guān)注各過程間的前后關(guān)聯(lián)。加問分解是以通過加問設(shè)置一些小問題為“臺階”逐步鋪墊,找出問題、線索,理清思路。
(二)設(shè)計思路
本節(jié)課的目的是希望學(xué)生通過綜合題的解題過程來提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,完善思考解決問題的思維邏輯,這也是科學(xué)思維的基本定位。筆者挑選了例3這一力學(xué)與電學(xué)綜合題分解,這對學(xué)生的計算和知識綜合性都有較高的要求,也是對現(xiàn)階段學(xué)生來說要“跳一跳,才夠得到”。為了避免學(xué)生拿到題目無從下手,筆者安排了例1和例2兩個帶電粒子在電場中運動的基本題作為鋪墊。這樣安排作用有三:(1)可以讓學(xué)生先復(fù)習(xí)鞏固物理計算題的基本解題思路以及電場和平拋運動的相關(guān)知識。(2)解答完例1、例2再看例3,學(xué)生馬上會意識到前兩個例題的設(shè)置意圖,是對例3綜合題的鋪墊。于是,“分解”的念頭很自然地會出現(xiàn)在學(xué)生的頭腦中。由于學(xué)生已經(jīng)具備解決前面兩個基本問題的能力,所以對此綜合題,學(xué)生有了嘗試解決的勇氣。(3)通過這樣的設(shè)計,學(xué)生感受到一個復(fù)雜的問題其實就是幾個簡單問題組合而成。“不積跬步,無以至千里”,一個個小問題的解決,使一個復(fù)雜問題的解決水到渠成,明白這點,對學(xué)生提高處理綜合題的信心至關(guān)重要。
為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的物理興趣和科學(xué)思維,在教學(xué)過程中要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,教師要起到引導(dǎo)作用。例如,在探討綜合題的解決方法時,教師應(yīng)該設(shè)計一些合理的問題來激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。通過以上例題得出的“過程分解”和“加問分解”基本方法來化解解題困難,應(yīng)該是在學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題后自己能找到的解決問題的思路,不應(yīng)該由教師一開始直接告訴學(xué)生。
教師通過引導(dǎo)學(xué)生反思本節(jié)課三個例題的邏輯關(guān)系,提醒學(xué)生要從多個視角觀察問題,注意前后問題的關(guān)聯(lián),并且通過讓學(xué)生對物理綜合題解題思路的整理表達,在頭腦中完成了對綜合題解題方法的梳理,提高了學(xué)生的邏輯思維能力和歸納總結(jié)能力。
科學(xué)思維培養(yǎng)需要物理教師在物理教學(xué)中,抓住一切教學(xué)契機全方位、堅持不懈地推進。筆者僅在綜合題解析教學(xué)中做了一定的嘗試。
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