在“套路”與“反套路”中培養(yǎng)學(xué)生的物理思維

哈爾濱市第一二二中學(xué) 胡崇春

“套路”是指按照習(xí)慣思維或固有定式解決或處理問題的一種方式、方法，物理建模思想就是形成一種“套路”。當(dāng)然，“套路”也可以是利用對方的思維定式，通過精心策劃把對方引向“歧途”的一種設(shè)計。筆者在物理教學(xué)中習(xí)慣于運用“套路”套住學(xué)生的思維，更善于運用“反套路”激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，在“套路”與“反套路”中培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

例如，在學(xué)習(xí)帶電粒子在復(fù)合場中運動時，學(xué)生常常會被“套路”套住。

例1.在方向如圖所示的勻強電場（場強為E）和勻強磁場（磁感應(yīng)強度為B）共存的場區(qū)中，一電子沿垂直電場線和磁感線的方向以速度v0射入場區(qū)，設(shè)電子射出場區(qū)時的速度為v，則（ ）

A.若v0＞E/B，電子沿軌跡Ⅰ運動，射出場區(qū)時，速度v＜v0

B.若v0＞E/B，電子沿軌跡Ⅱ運動，射出場區(qū)時，速度v＞v0

C.若v0＜E/B，電子沿軌跡Ⅰ運動，射出場區(qū)時，速度v＞v0

D.若v0＜E/B，電子沿軌跡Ⅱ運動，射出場區(qū)時，速度v＜v0

分析：本題考查“速度選擇器”原理。電子進入電磁場中，受到洛倫茲力與電場力兩個力作用，由已知條件，分析兩個力的大小，由左手定則判斷出洛倫茲力方向，確定出電場力方向，即可確定電子的偏轉(zhuǎn)方向，根據(jù)電場力做功的正負(fù)，分析速度的變化。若v0=E/B，則qv0B=qE，即洛倫茲力等于電場力，電子做勻速直線運動，動能不變，速度不變，故速度 v=v0；若 v0＞E/B，則 qv0B＞qE，即洛倫茲力大于電場力，電子向下偏轉(zhuǎn)，沿軌跡Ⅱ運動，洛倫茲力不做功，而電場力對電子負(fù)功，動能減小，速度減小，故速度v＜v0，因此A和B錯誤；若v0＜E/B，則qv0B＜qE，即洛倫茲力小于電場力，電子向上偏轉(zhuǎn)，沿軌跡Ⅰ運動，洛倫茲力不做功，而電場力對電子正功，動能增加，速度增大，故速度v＞v0，因此C正確，D錯誤。所以選C。

講解了本題后，筆者又提出了以下問題：

（1）若質(zhì)量為m，帶電量為q的負(fù)電粒子（重力加速度為g）以水平速度v0進入無電場、無磁場區(qū)域，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（2）若該粒子水平射出的同時加豎直向上的勻強電場，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（3）若該粒子水平射出的同時加豎直向下的勻強電場，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

（4）若該粒子水平射出后，在（3）的基礎(chǔ)上加以垂直直面向里的勻強磁場B，畫出運動軌跡示意圖，并描述粒子做何種運動。

學(xué)生在回答問題（1）時很容易畫出拋物線運動軌跡，答出平拋運動；回答問題（2）時也較容易畫出拋物線運動軌跡，答出類平拋運動；然而，回答問題（3）時，學(xué)生很容易被“套路”，畫出拋物線運動軌跡，答類平拋運動。此時，筆者不動聲色，亦暫不做評價，問大家能否都理解這個過程，是否有疑問。若學(xué)生有疑問，則讓他提出疑問，并發(fā)表意見；若學(xué)生無疑問，筆者會追問：題中給出電場力和重力的大小關(guān)系了嗎？我們應(yīng)該怎樣做？學(xué)生此時會意識到他們陷入了思維定式，被筆者“套住”。在此過程中，培養(yǎng)了他們猜想、假設(shè)、推理、論證的科學(xué)思維，學(xué)生也更清晰平拋和類平拋運動的條件，對問題（4）能做出準(zhǔn)確判斷并學(xué)會分析 v0=（qE-mg）/qB、v0＞（qE-mg）/qB、v0＜（qE-mg）/qB 不同情況下的運動規(guī)律。

“老師是學(xué)生的鏡子，學(xué)生是老師的影子”——我的學(xué)生在向我詢問的過程中也學(xué)會了“套路”——即在問問題之前先引經(jīng)據(jù)典，亦或是先引用教師課上的話語或結(jié)論，之后再提出與之矛盾的問題，使教師陷入進退維谷的境地。

仍然是在帶電粒子在復(fù)合場中運動部分的課上，一位學(xué)生這樣問筆者：老師，你不是說過做變速運動的物體，a=0時，速度最大；v=0時，加速度最大。我按您的方法做這道題，怎么與答案不一樣呢？

例2.如圖所示，套在很長的絕緣直棒上帶正電的小球，其質(zhì)量為m，帶電荷量為+q，小球可在棒上滑動，現(xiàn)將此棒豎直放在互相垂直的勻強電場和勻強磁場中，電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B，小球與棒的動摩擦因數(shù)為μ，求小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度（設(shè)小球電荷量不變）。

顯然，學(xué)生在問問題前已經(jīng)事先為筆者設(shè)計好了“套路”。通過審題，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生其實是陷入了自己的“套路”。筆者并未著急為學(xué)生“解套”，而是因勢利導(dǎo)，繼續(xù)追問：（1）我們學(xué)過的哪種（些）典型運動是a=0時，速度最大；v=0時，加速度最大？生答：汽車以恒定功率啟動。（2）為什么汽車以恒定功率啟動時，v=0，加速度最大？生答：在P一定，v=0時，牽引力最大。（3）加速度大小的決定因素是什么？生答：合外力。（4）那應(yīng)該如何分析加速度的大小呢？生答：受力分析。“恭喜你已經(jīng)掌握了解決力與運動問題的突破口和分析問題的最有效方法——控制變量法?！敝链耍瑢W(xué)生已經(jīng)可以通過獨立、完整的受力分析，結(jié)合控制變量法解決問題。筆者又進一步追問：若其他條件不變，僅將電場或僅將磁場反向，小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度的情況如何？學(xué)生進一步清晰了原有“套路”解決問題的適用條件。

學(xué)生給教師設(shè)計“套路”的原因無外乎兩種情況：一是認(rèn)知和思維上確實有“結(jié)”，自己難以解開，設(shè)計“套路”就是展示思維路徑的過程，也是質(zhì)疑已有認(rèn)知的過程。明代學(xué)者陳獻章說：“小疑則小進，大疑則大進?！苯處熢诮馓走^程中，可以因勢利導(dǎo)，適當(dāng)?shù)剡M行點撥，更多的時候?qū)W生自己就會解開“結(jié)”，修正對概念的誤解和對規(guī)律理解的偏差，起到糾差改錯、夯實基礎(chǔ)的作用，這也是建立科學(xué)思維的過程。二是出于對教師的不信任，想檢驗教師的教學(xué)能力。在教學(xué)工作中，筆者中途接手其他同事所任課的班級時，就多次遇到此種情況?！坝H其師信其道”，很難想象一個學(xué)生不信任任課教師怎么能學(xué)好這個學(xué)科。而教師贏得學(xué)生信任的最佳途徑就是通過自己過硬的專業(yè)素養(yǎng)讓學(xué)生信服。如果學(xué)生是出于對教師的不信任，想難為教師而給設(shè)計“套路”，教師在準(zhǔn)確解套的過程中自然會贏得學(xué)生的信任，今后的教學(xué)也自然會融洽通暢。這種情況并非個例，尤其是現(xiàn)在的教輔資料良莠不齊，常有習(xí)題的答案出現(xiàn)錯誤，當(dāng)教師的講解與所給答案矛盾時，學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑也是情理之中，這就要求教師課前備課一定要認(rèn)真、充分，不要給學(xué)生“老師照著教輔書里的答案講課”的感覺。

但不論是哪種情況，學(xué)生在設(shè)計“套路”之前都是經(jīng)過了相對周密的思考，將所掌握的物理規(guī)律結(jié)合一定的經(jīng)驗事實，然后抽象概括后提出來。這本身就是科學(xué)思維的表現(xiàn)形式之一。教師在答疑解套的過程中，通過有效問題的啟發(fā)和引領(lǐng)，運用科學(xué)推理、科學(xué)論證幫助學(xué)生建構(gòu)與完善模型，形成一個多層次、多結(jié)構(gòu)、多序列的完整知識網(wǎng)絡(luò)，使各種物質(zhì)及運動之間的相互關(guān)系、相互作用形成一個有機的整體，這正是科學(xué)思維的形成過程。

人們對科學(xué)事物的反映和認(rèn)識，總是一點一點地、一個方面一個方面地、一個層次一個層次地、一個角度一個角度地進行，并在積累了大量知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，形成對科學(xué)事物立體的、完整的認(rèn)識。無論是課堂上教師“套路”學(xué)生，還是課下學(xué)生“套路”教師，最終都是幫助學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)清客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律以及厘清相互關(guān)系。

此外，通過學(xué)生的“套路”，教師也可以反思自己的教學(xué)，糾正課堂上的一些口誤?！叭朔鞘ベt，孰能無過。”教師在課堂上偶爾出現(xiàn)口誤在所難免，但自己很難發(fā)現(xiàn)。通過傾聽學(xué)生的“套路”，教師可以糾正自己的口誤，而且通過對學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度及時進行表揚，可以進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和學(xué)習(xí)潛能。同時，若是教師及時糾正口誤，不僅不會降低在學(xué)生心目中的形象，還可以更好地展示實事求是的科學(xué)態(tài)度。教師用欣賞的眼光看待學(xué)生給自己設(shè)計“套路”，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力，教師也可以提高和完善自己，同時還可以融洽師生關(guān)系，何樂而不為呢？

如今，筆者和筆者的學(xué)生已習(xí)慣在物理學(xué)習(xí)中為彼此設(shè)計“套路”。學(xué)生戲言：世界上最長的路就是“老胡”（學(xué)生對筆者的稱謂）的“套路”。而筆者則回復(fù)他們：世界上最深的坑就是你們的“天坑”（天天為我挖坑）。因為學(xué)生每次問問題之前都要先說：某某規(guī)律或是定理是不是這樣敘述的……你是不是說過……這道題的過程是不是……筆者現(xiàn)在也樂與他們“斗智斗勇”，因為在“套路”與“反套路”中筆者與學(xué)生共同進步。