研究性学习与高中物理习题教学的和谐共振

丁 萍

摘要:研究性学习是一种课程形态,通过研究性学习学生可以掌握基本的研究方法,从而培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,形成初步的科学精神和科学态度。本文通过将研究性学习方式引入习题教学的过程探讨,提出了改变高中物理教学过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状的方法。

关键词:习题;研究性学习

中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2009)11(S)-0032-3

研究性学习是一种新的课程形态,是指“让学生以自主性、探索性学习为基础,从感兴趣的社会科学、自然科学以及生活中选择研究专题,以个人或小组合作的方式进行研究,让学生掌握基本的研究方法,从而培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,形成初步的科学精神和科学态度”。

新课程标准要求高中物理教学改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生的主动参与、乐于探究、勤于动手,培养他们收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。所以除了从课程形态来理解和实施研究性学习以外,广大教师也应将研究性学习看成是一种有效的学习方式和学习过程。

习题教学是高中物理课堂教学的重要环节,一个好的习题,就是一个与现实生活紧密联系的科学问题,学生解题的过程就是一个研究性学习的过程,学生要真正能落实新课程的教学目标和人才培养方针,习题教学就应跳出传统套路,与研究性学习产生和谐共振。

1 引研究性学习中的信息处理方法于审题环节中

研究性学习要求学生获得的信息素养是一个综合性概念,不仅仅包括收集、获取各类信息、各种知识的能力等一般工具性能力,更要通过对

收集到的信息与知识进行个体化的整合与加工,通过自主、合作探究,提出有创造性的分析问题与解决问题的思路或想法,这也是一种核心能力。高中物理习题中包含许多的信息,有的是以数据的形式出现、有的是通过图线(图表)反映出来、还有的是隐藏在字里行间。除了从题中得到信息外,学生还需要从大脑中提取更多的知识、方法、规律等各种信息,通过对这些信息的整合和利用才能顺利解决问题。

案例1图1(a)所示为一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳,下端拴一小物块A,上端固定在C点且与一能测量绳的拉力传感器相连。已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内(未穿透),接着两者一起绕C点在竖直面内做圆周运动。在各种阻力都可忽略的条件下,传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图1(b)所示,已知子弹射入的时间极短,且图1(b)中t=0为A、B开始以相同速度运动的时刻。根据力学规律和题中(包括图)提供的信息,就反映悬挂系统本身性质的物理量及A、B一起运动过程中的守恒量,你能求得哪些定量的结果?

此题是一道开放性试题,考查考生提取新信息、探索性分析问题和解决问题的能力。本题要求学生从试题所给的F-t关系图中获取定量的信息,并且能够与所给的悬挂系统的运动状态对应起来(如下表1),从而得到反映悬挂系统本身性质的物理量及A、B一起运动过程中的守恒量。表1 对应信息及运动状态表

图中信息信息初步处理从头脑提取相关信息

子弹射入AL表示绳长;初速设为v0;v1表示B陷入A内A、B的共同速度。提取动量守恒定律的条件得:m0v0=(m0+m)v1

t=0时F最大 F1=F璵A、B一起 运动到最低点时。提取牛顿第二定律得:F1-(m+m0)g=(m+m0)v12L

F=0的时刻A、B一起运动到最高点时。向心力完全由重力提供:(m+m0)g=(m+m0)v22L

结合从最低点到最高点过程,由机械能守恒定律得:

(m+m0)gL=12(m+m0)v22-12(m+m0)v12;

由以上信息可解得,反映系统性质的物理量是A的质量、绳长:

m=F璵3g-m0,L=9m02v02g2F璵2;

A、 B一起运动过程中的守恒量是机械能E,若以最低点为势能的零点,则:

E=12(m+m0)v12=3m02v02g2F璵。

2 融研究性学习流程于解题过程中

围绕一个研究性学习课题的研究过程,通常需要学生回答5个方面的问题:(1)什么是研究课题?(2)我研究的课题是什么?(3)怎样书面陈述解决问题的步骤和方法?(4)怎样收集和分析数据?(5)怎样书写结题报告?而一个习题的解决过程也要经历吸引、提取、猜想、设计、探索、结论、交流、拓展等过程。

案例2 某钢绳所能承受的最大拉力是4×104N,如果用这条钢绳使3.5t的货物匀加速上升,则物体在7s内发生的速度改变不能超过多少?

此问题是高一新生刚学完牛顿定律后结合运动学知识的综合应用题。虽然不是难题,但在教学过程中应指导学生采用研究式学习模式,体验习题探究的过程,如图2:

这个过程展现了解决问题的研究步骤,教师不是将现成结论告诉学生,而是学生自己在教师的指导下自主发现问题、探究问题、获得结论。

3 移研究性学习成果形式于解答表述中

在研究性学习结题阶段,学生要将取得的收获进行归纳整理、总结提炼,形成书面和口头报告材料。物理习题解答的表述过程是学生综合应用知识、规律及方法表述研究成果的过程,表达地方式也可以多样化:除了文字解答、实验报告、讨论交流、质疑提问等,还可以设置展板、出墙

报、编刊物(包括电子刊物)等。为了使学生能顺利交流表达,在刚开始运用研究性学习方法进行习题教学时,可设置如下流程(图3)供学生参考,要求学生不仅仅是表述解题过程,更重要的是和同伴们交流研究思考的过程:

案例3 (如图4所示)质量为M的小车A左端固定一根轻弹簧,车静止在光滑水平面上,一质量为m的小物块B从右端以速度v0冲上小车并压缩弹簧,然后又被弹回,回到车右端时刚好与车保持相对静止。求在该过程中,弹簧的最大弹性势能E璓和全过程中系统摩擦生热Q各是多少?

教师可引导学生围绕问题——全过程中弹簧的最大弹性势能和摩擦生热的计算,表述研究成果:

确定了解决问题的策略后,学生接着交流计算过程:全过程系统动量守恒,小物块在车左端和回到车右端两个时刻,系统的速度是相同的,即:mv0=(m+M)v;第二个过程的初、末态系统动能相同,弹簧的最大弹性势能E璓恰好等于返回过程的摩擦生热。而往、返两个过程中摩擦生热是相同的,所以E璓是全过程摩擦生热Q的一半。又因为全过程系统的动能损失应该等于系统因摩擦而增加的内能,所以ΔE璌=Q=2E璓。

而ΔE璌=Mmv022(M+m),

∴E璓=Mmv024(M+m),

Q=Mmv022(M+m)。

实践中我们发现:在进行研究性学习的习题教学过程中,不同观点的碰撞,不同思路的启发,使凝固的知识被激活了,学生的探究能力大大提高了,学好物理的信心增强了,解题的过程呈现出了丰富多彩的形式。

参考文献:

[1]王升.研究性学习的理论与实践[M].北京: 教育科学出版社,2002.7

[2]钟启泉.研究性学习理论基础[M].上海: 上海教育出版社,2004.12

(栏目编辑邓 磊)