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第12章 物理教学学法指导(5)

总之,可以把物理练习的基本操作流程的学法指导,归纳为“二审三结合”。凡研究物理问题首先要“审题”,最后要“审答案”,简称为“二审”。“三结合”就是指中间的书面表达要做到“图、文、算”的有机结合。在平时练习、假期作业、平时测验和考试中,都坚持这样规范要求。经过训练,学生的物理书面表达的规范化程度都有很大提高。对于“二审三结合”规范表达的优秀作业,挑选后可以在班内、校内展出,并给予奖励,激励学生提高物理练习的书面表达能力。

三、“促进正迁移”的学法指导

“促进正迁移”。是物理思维发展的基本柱石。

学习的迁移“一般指学得的经验对以后学习的影响”。学习的迁移是物理学习中一种很常见的心理现象。“从心理上看,是一种已有的暂时神经联系痕迹的复活,并在新的刺激物作用下,参加新联系的建立和改组旧的联系,从而使原有的联系得到扩充和发展。如果说这种影响是积极的,我们称之为正迁移;但有时也可以是消极的,我们称之为负迁移。”我们物理教学中,需要促进知识和能力的正迁移,并把这种知识和能力的正迁移,看作是创造性能力发展的重要方面,是物理思维发展的基本柱石,是物理学法指导的重要方面。

关于知识与能力上的正迁移,在学法指导上,教师可从以下三个方面去引导:

1.“温故知新”,引导迁移

知识与能力的正迁移,建立在对原有知识正确理解与高度概括之上。牢固掌握已学知识,并有一个合理的结构,引导迁移才有一个牢固的基础。奥苏贝尔认为:“在有意义学习中。认知结构始终是一个关键因素,现有的学习受原有认知结构的影响。同时又会影响后续的学习。先前的学习并不直接对后续学习发生影响,而是通过认知结构间接地影响新的学习迁移。”

(1)改进学习方法,正确理解物理概念,提高实验操作水平。

任何一个新的物理概念的学习,必须强调正确理解,强调在实验事实基础上的正确理解,绝不能满足于一知半解或死记硬背。有的学生习惯于死套公式和模仿操练,题也许做了不少。但并不真正理解。这种状态就谈不上对后续的学习产生正迁移,还可能产生负迁移。这种负迁移的作用是深远的。例如在“力的合成”上的不理解,可能影响到“速度的合成”、“运动的合成”等,甚至影响到对“曲线运动的分析”方法的理解。又如在初中学习电学时,没有认真学习简单串并联电路连接的操作技能,就会在高中电学实验中常常出现操作故障。只有“基础扎实”,才能谈得上“融会贯通”。教学中把握好新旧联系,才能使学生温故而知新。

(2)学会判断异同,克服不良定势,消除错误观点。

在物理学习的全过程中,在不同阶段有不同的学习层次。许多概念在初高中的提法是有差异的。初中只讲恒力,不讲变力。当在高中出现变力问题时,常常仍以恒力去考虑。初中电学中认为电源电压总是不变的,但高中讲电源电动势和路端电压时,与初中的电源电压是两个概念。教师在教学中。要引导学生判断异同。不要以前面学习中的思维定势,来干扰后续学习中新概念的形成。

(3)学会知识系统化,不断充实知识结构。

“迁移的基础在于概括”,“系统的知识更容易记忆”,说明及时整理知识,将所学物理知识系统化是很重要的。学生的知识越系统,知识结构越合理,就越能产生新知识的正向迁移。

对于如何使知识系统化,教师要及时给予小结方法的指导。学生对已知知识的概括水平越高,越能反映知识网络中同类事物的共同特点,迁移性也就越大。在每个单元教学结束时,教师应向学生提出作单元知识系统小结的要求。小结的格式可以是表格形式的,也可以是“目录树”形式的,也可以是卡片资料式的。

将一章的知识“结构化”与“系统化”,有利于记忆与理解,也有利于进一步寻找知识点之间的联系,进行归纳、区分和应用。知识的结构化,有利于掌握好物理概念与规律的本质属性,为遇到新情景、新问题时的迁移,做好准备。

在这项工作中,教师的导向十分重要,特别对起点班的学生。对于及时小结且比较出色的小结,应予以表扬。有的可以张贴公布,引起学生重视。养成及时整理知识,不断发展知识结构的良好学习习惯。

2.“闻一知十”,促进迁移

“题海战术”是加重学生无效劳动的低效益的方法。我们应引导学生寻找分析问题和解决问题的规律。掌握了规律性的特殊方法,也就可以起到“闻一知十”、“以一当十”的作用,促进正迁移的实现。

例如在物理教学中常用的一些方法:“对称法”、“估算法”、“隔离法”、“虚拟法”、“理想模型法”、“正交分解法”、“等效法”、“图示法”,等等,在教学中应引导学生去分析、归纳,得出一些规律性的思维方法和解决问题的技巧,从而起到“闻一知十”,“做一题、懂一片”的良好迁移效果。

(1)对称法。

在物理学中,普遍存在着对称性,如结构对称、过程对称、状态对称等。利用物理规律中的对称特点,去分析和解决问题,往往能起到“事半功倍”、“一目了然”的效果,其迁移性也是很强的。

【例一】如右图所示,在高h处距离竖直壁为d的O点,以初速v0水平抛出一小球,它与墙壁发生弹性碰撞后,落到水平地面。求小球落地点到墙壁的距离。

【见物思理】从图中可以清楚地看到,平抛小球的运动轨迹,在碰撞点P开始是以竖直壁为分界两侧对称的。所以,该抛体运动的全过程仍可等效地看作一个完整的平抛运动(球与壁的弹性碰撞是一个重要条件)。设从抛出点。到假想着地点Q′的水平距离(即平抛运动的水平射程)为z,实际着地点Q与Q′是与壁相对称的两点,设它们到壁的距离均为s。

解:显然:s=x-d=v0—d=v02hg-d

这样看似难以解决的问题,利用对称法,也就轻而易举地解决了。

【例二】如下图所示,MN为足够大的平面镜,放置于地面上方,且与地面平行。地面上有一长方体箱子,人眼位于箱子的左侧A处。人通过平面镜MN,可以观察到箱子右侧多大范围的地面?

【见物思理】由于箱子是不透光的,起到了阻挡光线的作用,故从A处不能直接看到箱子右侧的地面,仅能从平面镜心,中看到箱子右侧的部分地面。

利用平面镜成像的对称性,首先可以找出A在平面镜中的显像点A′。显然可以假想从A′点去“看”箱子右侧的地面,也就非常自然了。由于箱顶也起着阻挡光线的作用,因而能看到的仅为箱子右侧地面的局部。

解:这是一道几何光学作图题,作图方法如下:

①利用对称性画出A点在平面镜MN中的虚像点A′。

②连接A′b交MN于O′,延长A′b交地面于P1。注意在平面镜上侧作虚线,MN与地面问的光线用实线(以下类同)。

③连接Aa,并延长交MN于O2,为实线。

④连接A′O2,并延长交地面于P2。

⑤在各实线上用箭头标明光路前进方向。注意光线总是从地面发出,进入观察者的眼中,如上图所示。地面上P1P2间距,即为人通过平面镜面可以观察到箱子右侧地面的范围。

(2)等效法。

等效法也是物理问题分析中的常用方法,是通过抽象与概括,将一复杂问题转化为效果相同的简单问题,从而达到化繁为简、迅速求解的目的。

【例一】两个质量均为m的物体被一弹性系数为k的轻质弹簧联结,放在光滑的水平面上,如下图所示。今施力于两个物体使弹簧压缩,然后无初速释放。两物体将发生振动,求物体的振动周期T。

【见物思理】可以想像,两个质量均为m的物体,在受力压缩并释放后,能在光滑水平面上做一定周期的振动。由于这是一个弹簧与两个物体组成的较复杂的系统的振动,其周期的求取似乎一时无法着手。但我们可以设想,这个系统的振动必然存在一个振动中心,两物体的振动也是对称的,如右图所示。那么可以把两个物体的振动都等效地看作是两个物体都在半根弹簧作用下的振动,而且它们振动的周期是相等的。因此,这个周期显然也就是整个系统的振动周期。

解:现由于该系统结构的特殊性,两物体的振动周期是完全相同的。现将该系统等效变换为两个由半根弹簧连接的物块m,其振动周期和变换前是一样的。

整个弹簧的弹性系数为k,可以看作是两个半根弹簧的串联,由串联弹簧组的特点:1k=∑1ki,故半根弹簧的弹性系数为2k。所以,两物体所组成的振动系统的振动周期T为:T=2πm2k。

【例二】如右图所示,两个电源的电动势均为ε,内阻r1=R02,r2=R0,外电阻R1=-32R0,R2=R3=R0,求R3上的电流I3。

【见物思理】这个网络电路有两个回路,要求R3中的电流I3,在中学阶段似乎很困难,但我们可以设想用等效法使该电路结构简化。如把R1和ε1、r1作为一个等效电源,把R2和ε2、r2作为另一个等效电源,且这两个等效电源是并联结构。而此时的“外电路”仅为R3,如右图所示,问题就简单多了。

解:把R1作为等效电源的内阻,则此时等效电源的电动势为ε,内阻为R1+r1=2R0。再把R2看作另一个等效电源的内阻,则另一个等效电源的电动势也为g,内阻为R2+r2=2R0。由于这两个等效电源是并联的,如上右图所示,因此,在R3上的电流I3为:

I3=εR0+12·2R0=ε2R0

在物理教学中,教师要经常归纳、分析应用中的一些思想方法,从物理思想方法的高度去理解、分析问题,从根本上提高学生分析问题、解决问题的能力,才是真正有效的解题应用学法指导,才能真正起到“闻一知十”,促进正迁移的作用。

3.“举一反三”,优化迁移

“对于学生的学习来说,学得的经验之所以能对以后的学习发生影响,是因为在新的情景中运用这种经验的结果。”在日常物理教学中,最具有艺术性的,莫过于对学生创造性思维能力的培养。学生的创造性,并不在于通过研究,真的创造发明什么东西,而在于对自身的学习方法的探索与改进之中,在于在分析解决问题中求新、求异、求变的追求。能把学到的概念、方法,应用到各种新的情境中去。“心骛八极,思接千载”(《文心雕龙》),灵活而有创造性地学好物理,达到“举一反三”的目的。

(1)提高应变能力,应对“新颖”问题。

现在中学物理教学中,“操练”的题目也是不少的,习惯于死扣公式,硬套模式。遇到再难的“熟题目”,驾轻就熟,能很快解出。而遇到“新颖题”,即使难度不高,也是“一筹莫展”,应变能力较差。而现在各类考试中,“新颖问题”层出不穷。连物理实验题,也要能区分出是否“真正”做过。所以,当前物理教学中,提高学生的应变能力,仍是当务之急。

提高学生应变能力,可以从以下三个方面进行学法指导:

a.练习题型要避免单一,大量的机械重复性操练是违反学习规律的,得不偿失。初学某一单元时,就应按物理系统性要求,深度逐渐递进,并能使学生接触各种题型。教师要引导学生对某种题型进行分析,达到熟练掌握,促进正迁移。

b.经常进行“一题多解”、“一题多变”、“多题一解”的训练。训练中避免形成某种固定的思维模式,克服思维定势的消极影响。

c.经常让学生接触“新颖题”,让学生自己先去摸索、思考,也可以进行一些比赛和讨论,拓宽练习的思路。培养学生不怕“新颖题”,主动求新、求变的心态,创造性地学好物理知识。

(2)加强“一题多解”训练,提高“举一反三”能力。

最近出版界出版了一些与以前的“习题集”不同的学习参考书,如由王兴桃主编、龙门书局出版的《发散思维大课堂——高中物理》(分三册),张大同主编的《21世纪新概念教辅——读题与做题》,在加强发散思维训练、一题多解与一题多变方面,做了不少努力。书中不仅有目标要求,知识导引和重点难点点拨,而且有发散思维的导练和应用,很值得推荐参考。

(第四节 )物理实验方法的指导技巧

物理实验是“见物”的依据,“思理”的基础。本节主要从学生实验、课外小实验和学生设计性实验等方面的学法指导艺术。进行初步探讨。

一、学生实验贵在主动

学生实验是指教学大纲规定的学生必须在物理实验室完成的实验,在初中大约有12个,在高中大约有27个。随着物理教学改革的发展,我国物理教学中的学生实验比重还会进一步增加。因而提高教师对学生实验的指导艺术水平,从而提高物理教学质量,是物理学法指导艺术探索的重要方面。

学生实验成效,一方面在于教师实验指导是否得法,另一方面在于学生实验的主动性程度。

1.确立学生实验主体地位,让学生多动手

学生实验必须在“做”字上下工夫。实验课时,教师尽量少讲一点,让学生有充分的时间在实验课上动手探索。但事实上,在实验课上,教师还是讲得太多。一共才45分钟,从实验目的、实验原理、实验步骤、实验操作要领、注意点、数据记录处理方法,一直到误差分析,等等,有这么多内容要讲,学生自己动手操作的时间真是少得可怜。其结果是:学生马虎操作、匆忙记录数据、草草收拾器材,到下课后回教室共同凑合数据,“集体创作”实验报告。这实在是违背了开设实验课的本意。教师不该把给学生动手实验的时间占用了。方法还是要加强实验的学法指导:

(1)加强学生实验的预习指导,交代清楚学生自学预习的内容。有关“实验原理”、“实验步骤”可以结合有关教学内容,在课内渗透。严格要求学生按时高质量完成预习报告。

(2)充分利用实验室条件,把“实验操作要领”、“数据处理方法”、“误差分析方法”等清楚地写在实验室黑板上。把物理实验仪器的装置正确安装好放在讲台上。有关实验数据,教师事先自己动手实测数据,用投影的方式显示在屏幕上。如事先有录像的话,用3~5分钟把实验操作中关键的动态场景放映一下,然后再用1~2分钟时间强调一下“注意点”。立即可以让学生开始动手操作,这样安排的话,学生可获30~35分钟的宝贵实验时间。

在实验进行的同时,教师必须始终在教室对学生进行个别指导,排疑解难,帮助学生主动地完成实验操作。

(3)实验中严格要求人人动手。应要求学生在实验中两人轮流操作,出现小故障,两人协同研究解决。教师不轻易插手,而是耐心地加以点拨。在取得初步数据后,要经检验确实落在误差允许范围内,才允许正式填入实验报告的表格内。不允许随意涂改、数据处理混乱的情况。

(4)要指导学生爱惜实验器材。保持实验环境的安静、整洁。实验中允许同小组问二人交流讨论,但必须小声轻谈,做到“窃窃私语”,不妨碍他人的实验。使学生明白,安静而有条理地操作,是科学实验素养的重要方面。

2.确保学生实验高质量完成,教师要充分准备

每逢学生实验,教师必须深入实验室,亲自参与实验的准备工作,取得第一手实验资料,才能对学生实验的高质量完成充满信心。

(1)仔细检查,清除隐患。

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