提高物理习题课有效性的策略

体会到习题课是物理教学中一个必不可少的教学环节,必须抓紧、抓好。本文在对习题课的地位和作用及目前习题课存在的问题进行分析的基础上,提出了一些教学策略,为提高物理习题课的教学效率提出自己的一点思考。

一、习题课在物理教学中的地位和作用

在理论课上,教师对理论知识只是作了原则性的讲解和说明,而怎样做习题、怎样灵活运用理论知识去解决一些具体问题,则是从理解到应用、从认识到实践的又一次知识飞跃。物理习题课是理论教学的一个重要组成部分,是课堂教学的继续和补充,习题课可以从老师那里学到书本上学不到的解决问题的方法和技巧,可以开阔视野、巩固概念,加深理解。我国老一辈物理学家王福山先生在回忆他20年代就读于德国哥廷根大学,从师于物理学家玻恩时,谈了玻恩的习题课。他说:“原子物理课听者很多。在这门课每周一小时的习题课上,玻恩要大家共同来解决一个问题。课上由同学自己提出解决方法。学生在课堂上你一句我一句地出点子,讲得对的,他肯定下来,并写在黑板上,不对的,他诱导:‘每课总是前进一步,下节课就从此开始。’这种形式的习题课,等于在教学生如何做研究工作,所以对学生启发很大。”正是因为习题课的教学能起到巩固、深化、活用基本概念和基本规律的作用,尤其能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,所以教师和学生应格外重视。

习题课对物理教学主要有两个作用:

1.习题教学对物理概念教学和规律教学有辅助作用

抽象的概念、规律使许多学生不能完整地认识概念的内涵和外延,不能深刻地理解规律的内容和适用条件。物理习题课中可以对应题目设计相关的问题,应用概念、规律去解决(或模拟解决)一些实际问题,解决问题的过程实际上是知识迁移的过程,通过迁移,使学生从更广的范围把握概念、规律。

2.习题教学可以使学生掌握一些物理学中的科学研究方法,培养学生创造性思维能力

物理学在长期的发展过程中,形成了一整套研究问题和解决问题的科学方法,法国科学家笛卡儿曾说过:“最有价值的知识,是关于方法的知识。”在习题课教学中,一般要运用分析和综合方法、整体隔离法、等效法、对称法、微元分的思想。例如,这样一道习题:一半径为R的圆弧轨道与水平桌面相切于A点,小球从轨道上距离桌面高h处由静止滚下(h远远小于R),问小球经历多长时间到达A点?解这道题时,要将小球的运动与单摆的运动相类比,用学过的单摆知识解决问题。学生通过解决实际问题,能更直接地感受到学习科学方法的意义。通过实际运用和操作,深刻理解科学方法,灵活准确地运用科学方法。教师选这样的题目组织学生运用“已知”探索“未知”,从模仿到创造,开阔学生的思路,培养学生创造性思维能力。

二、当前物理习题课教学存在的主要问题

1.习题教学方法比较单一,几乎全部为讲授法

通过对物理习题课堂的观察以及问卷的调查,可以看到习题的教学方法多为讲授法。讲授法有其自身的优势,可以比较高效地使得教师将知识传授给学生。但是同样却是比较容易演变的教学方法,学生在课堂的表现多为听,师生、生生之间的交流比较少,学生的主要活动为记笔记,这种情形下,讲授法多会演变为“灌输式”教学,忽略了学生的主体地位,学生学习的积极性不高,逐渐丧失了学习的主动性和积极性。

2.物理习题类型比较单一,习题量过大

问卷调查结果显示:学生面对的物理习题多为试卷,比较单一枯燥。学生每天处理的物理习题量比较大,学生在课后分配在物理习题上的时间几乎占据了整个课后时间的一半,这种高强度的习题量对学生造成的心理压力比较大。长此以往,在这种枯燥与强压下,学生对物理的兴趣会逐渐削弱。

3.习题课堂上的收获多为巩固已有知识

通过问卷调查,可以发现学生对于习题课堂的收获主要集中于巩固已有知识,而在提高独立解决问题的能力与增加对物理的兴趣上,屈指可数。

三、提高物理习题课教学效率的策略

1.类比迁移,情景再现

问题的类比,应具备相同或相近的物理条件,或满足相同的规律特性。在物理教学中,不少习题虽属同一类型,但也存在着差异,它们的物理现象、过程、要求各不相同,然而却常常具有相同的思考方法。通过对典型习题的选择类比,能帮助学生认清各种习题类型的本质属性,提高识别能力,从而准确地分析和解决问题。

例题1:一位质量为60kg的跳伞运动员做低空跳伞表演,他离开飞机后先做自由落体运动,当下落到距离地面125m高处时立即打开降落伞,在减速下落的过程中,运动员的加速度a=14.3m/s2,到达地面时的速度为5m/s,重力加速度g取10m/s2,在不考虑风力和运动员所受空气阻力的情况下,求:(1)运动员离开飞机时距地面的高度;(2)离开飞机后,运动员经过多长时间才能到达地面。

例题2:一跳伞运动员从重庆奉节天坑上400m的高空离开静止的直升机,自由下落一段距离后才打开降落伞。设打开伞后运动员以2.5m/s2的加速度匀减速下降,到达坑底时的速度刚好为零,求他下落时的总时间及自由下落的距离。(取g=10m/2)

例题3:一名消防队员在训练中,沿着长为12m的竖立在地面上的钢管往下滑,这名消防队员质量为60kg,他从钢管顶端由静止开始先匀加速再匀减速下滑,滑到地面时速度恰好为零,如果加速时的加速度大小是减速时的2倍,下滑的总时间为3s,那么该消防队员下滑过程中的最大速度为多少?加速下滑和减速下滑时,消防队员与钢管间的摩擦力分别为f1和f2,则f1∶f2=?(g=10m/s2)

三道题目的情景分析图:

(1)类比情景:都是单体多过程,均是先加速后减速。

(2)类比条件:从图中的分析可以发现两段运动总共需要知道5个已知量才能解答,例题1和例题2已知的5个量很明确,例题3除了整个运动过程的初速度、末速度、两个加速度,不同的是例题1已知后一段运动的位移,例题2已知全程的位移,例题3物理量不同。

(3)类比思想:根据不同的已知量选择不同的思想解题,比如已知3个量可以求另外两个,不足3个量需要设未知量列方程。

学生通过三个方面的类比明确了研究的方向,提高了研究的信心,通过学生独立探究,基本能够并顺利解答。在整个互动过程中,学生感到的是满足和难以言表的喜悦。这样的教学解决的不仅仅是一道题目,而是一类题目,学生收获的不仅仅是知识上的深化、能力的提高,同时感受到了学习的乐趣。

2.分组交流,互动探究

学生间的小组学习是习题课教学模式在高中物理应用中一个重要的学习形式,它可以帮助学生充分表达自己的学习想法,同时可以与其他学生进行有效的沟通和交流,从而使他们更好地发现自身研究物理问题过程中存在的不足,通过借鉴小组中其他同学的学习经验可以弥补自己的不足,不断提高自身解决问题的能力。理论上来讲,高中生的年龄相仿,学习和认知能力间的差距也不太大,所以学生与学生之间物理问题探究的实际效果更加理想。然而,在对学生分组的时候,教师最好结合自身的意愿以及学生学习的实际情况来合理分配小组,这样可以确保问题在小组内得到解决。例如,在某次作业中布置这样一道题:

如图所示,质量M=4kg的木板长L=1.4m,静止在光滑水平面上,其上面右端静止一质量m=1kg的小滑块(可看作质点),滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.4,先用一水平恒力F=28N向右拉木板,要使滑块从木板上恰好滑下来,力F至少应作用多长时间?(g=10m/s2)

从学生的解答中发现有多种解法:解法1从运动学和动力学角度求解,利用运动学的基本公式和牛顿定律解答,解法2用v-t图象求解,解法3用动量和能量的观点解答,解法4利用相对运动求解,解法5用运动学、动力学同时穿插能量的观点求解。一题多解一直是培养学生创造性思维和发散思维能力的有效方法,在习题课中教师尤其推崇一题多解的题目,而在传统教学中,教师往往采取“满堂灌”,滔滔不绝,讲得有声有色,学生听得五体投地,教师的伟大形象在学生心目中更上一层。我们不妨自问:这样的教学有效吗?学生的能力提高了多少?学生对物理学习感悟了多少?这确实值得我们每位教师研究和思考。这些不同角度的解题方法来自于学生,那就让学生在互动探究中传递给其他学生,这比教师的“满堂灌”是不是要好很多呢?为此,笔者针对这个问题进行了分组探究,在分组前告诉学生此题解题思路有5种,除了自己做的一种方法外,思考其他解题方法。10分钟后把全班分成10组,每个小组穿插好、中、差成绩的学生,并且保证每个小组能分到至少有两种不同解法的学生在这一小组。20分钟后10个小组交互展示,最后教师进行总结。通过这种方式,学生从中得到启发,获得多种信息、多种解题方法,学生从互助合作学习中收获成功的喜悦,从而增强了学好物理的信心,教师的教学目标也顺利达到。

3.选取典例,梳理知识

梳理知识是习题课的重要一环,为避免把梳理知识变成概念“复述”,可以选取典型例题,设计问题,来展现重点知识,唤醒学生遗忘的那部分知识,暴露其认知中存在的错误,进而结构化、系统化地再认识,起到梳理、巩固与提高的作用。下面以“图象问题”的模块知识为例,说明如何渗透研究思想和技巧的策略方法。

速度图象和位移图象包含了很多物理基本概念和物理规律,在图象中研究这些规律和概念有独立的思想和技巧,将这些思想和技巧罗列一遍既低效又无必要,所以可以选取典型例题,将核心知识、方法、技巧串成一条线,融入学生的分析过程中。

例题:t=0时,甲、乙两汽车从相距70km的两地开始相向行驶,它们的v-t图象如图所示,忽略汽车掉头所需时间。下列对汽车运动状况的描述正确的是( )

A.在第1小时末,乙车改变运动方向

B.在第2小时内的加速度方向与第3小时内的加速度方向相反

C.在前4小时内,乙车运动加速度的大小总比甲车的大

D.在第4小时末,甲、乙两车相遇

这道例题融合了图象内容的要点,起到了引领、导向和整理的作用,结合具体问题唤醒学生已有的知识,暴露认知中的错误。利用典型例题进行知识梳理,可以减弱内容缺少新鲜感的弊端,强调了知识的内在联系,有助于优化认知结构。

4.实验演示,突破难点

物理实验具有真实、直观、生动、具体等特点,是理论教学中必不可少的一个环节。演示实验有助于突破教学难点,活跃学生的思维,加强师生间的交流。有些教学只靠老师在课堂的讲解,并不一定能使学生真正理解,在习题课教学中安排相应的实验,让学生观察,分析原因,就可以突破难点,而且节约时间,取得事半功倍的效果。比如,在超重失重的习题课中有这样一题:

如图所示,一个盛水的容器底部有一小孔,静止时用手指堵住小孔不让它漏水,假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动,且忽略空气阻力,则( )

A.容器自由下落时,小孔向下漏水

B.将容器竖直向上抛出,容器向上运动时,小孔向下漏水;容器向下运动时,小孔不向下漏水

C.将容器水平抛出,容器在运动中小孔向下漏水

D.将容器斜向上抛出,容器在运动中小孔不向下漏水

此题大部分学生只选了A答案,因为在课堂上老师为了说明自由落体运动的物体处于完全失重做了这个实验。其他几个选项,学生根据自己的主观感觉往往会选错。如何解决这个问题?只要做一下实验就行了,眼见为实,胜过千言万语,实验演示过后再提出问题,共同分析,难点迎刃而解。再如,牛顿第一定律新课上过之后安排的习题课中一题:

(单选)某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球,一手拿着球筒的中部,另一手用力击打羽毛球筒的上端,则( )

A.此同学无法取出羽毛球

B.羽毛球会从筒的下端出来

C.羽毛球筒向下运动过程中,羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来

D.该同学是在利用羽毛球的惯性

大部分同学选B,因为重力的原因感觉会从下端出来。教师认定是从上端出来,此时在课堂上出现了截然相反的两个答案,教师和学生出现“对立”状态。接下来教师有两种方式来缓解:一种是通过理论分析,一种是实验。本人在教学中选择了实验。成功试验后,学生大声高呼,情不自禁地拍起手来,可想而知当时的气氛是多么活跃。接下来,教师提出问题:“为什么羽毛球是从上面出来,而不是从下面呢?”学生不由自主地自问:“为什么呢?”“是不是……”学生再次进入激烈的争论中。问题解决后,某个同学自告奋勇地说:“我有方法让羽毛球从下端出来。”“请你到讲台上演示给大家看。”这个学生通过用力甩羽毛球筒,使羽毛球从下端飞出,他同样得到了热烈的掌声。教师可以再次提出问题:“这个同学的实验现象怎么解释?”本题通过实验验证,提出问题,再次实验……逐步把课堂推向高潮。

在新课程理念指引下,我们既要追求课堂教学的效果也要关注效率,更要关注教育的“投入”和“产出”比——效益。物理复习课要朝教学效果好、教学效率高、教学效益合理的方向努力,为此研究学生、合理组织教学是关键。

(作者单位:浙江省诸暨市湄池中学)

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