变式教学，拓展物理思维

2015-01-09徐海莉

物理教学探讨 2014年10期

徐海莉

摘要：本文在认知理论的指导下结合当前高中生物理学习的实际情况，应用“变式”在物理教学中进行积极的实践探索和反思总结。

关键词：概念；变式训练；发散思维；认知理论

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）10（S）-0007-4

当前学生普遍反映物理题目越来越难，觉得物理中概念太多，许多物理概念很容易混淆。教师似乎也不愿意把时间花在概念等基础知识的教学上，于是就陷入了“老师一讲就会，学生一做就错”的恶性循环中。因此，在物理课堂教学中笔者尝试应用“变式”教学由浅入深，引导学生在牢牢掌握概念的同时，培养学生发散性思维，激发学生学习物理的兴趣。

1 在物理教学中的实践

1.1 立足基础，精选母题分析

使学生正确掌握物理概念是物理教学的首要目标，也是物理教学成功的一个重要标志。建构主义关于知识学习过程的研究表明，概念的形成不是一步完成的，而是每个概念的教学都要覆盖充分的“变式”。而变式的基础是母题，即题根。题根其实是一个问题，就像讲课时的例题，它是题系中的根基，具有基础性、代表性和辐射性。

案例：必修1第二章《竖直上抛运动》母题

某中学生身高1.70 m，在学校运动会上参加跳高比赛，采用背跃式，身体横着越过2.10 m的横杆，获得了冠军，据此可以估算出他跳起时竖直向上的速度为（）

A.7 m/s B.6 m/s

C.5 m/s D.3 m/s

点拨学生已经学完匀变速直线运动的规律和自由落体运动，对物体单程直线运动的研究有一定的基础知识。通过分析跳高这种学生非常熟悉的运动实例，培养学生理论联系实际、灵活解决物理问题的能力。

母题不是高难题，也不是简答题，难度系数不要求太大，其内容要紧扣课程标准和高考大纲。能被选为母题的一定是本章内容的典型问题。

通过对母题进行分析，找出题根中的信息源，寻找变式发散点，并在对母题详细分析的过程中，总结核心知识点和经典解题方法。

1.2 思维导图，呈现变式网络

在变式网络中，教师给出了由题根派生出的几种变式途径，这既指明了该题目可能变化的方向，同时也指明了相关物理概念的内涵，为学生深刻理解物理概念提供了有效的、具有层次性、联想性和开放性结构特点的思维导图。

案例：《自由落体运动》变式网络

该变式网络从自由落体原始情景出发，从质点的自由落体情景演变成多个物体的自由落体并结合斜面问题，最后又回归实际问题的自由落体。可以说变式既呈现了不同类型的物体，又呈现了运动的多变性，在斜面问题上又回顾了旧知识，并扩展了新内容。

变式网络运用了风靡全球的思维导图类似模式构建而成，形式新颖，脉络清晰，激发了学生的放射性思考能力。

通过变式网络呈现各种变式的方向和层次。此教学过程在构建主义里属于典型的同化，同化是把新的知觉要素纳入到原有的认知结构的过程，需要下列条件：（1）学生必须有同化新知识的相应的原知识基础；（2）学生认识结构中必须具有逻辑意义；（3）学生必须具有获及材料的意义的学习动机；（4）学习者必须对新旧命题精细加工，才能生成新的意义。

1.3 概念教学的变式网络

概念教学是中学物理教学中至关重要的一项内容，是学会物理的基础，更是学好物理的核心。“轻过程，重结果”是教师教学的一大弊端。教师以往授课习惯在黑板上罗列出“一、概念；二、需要注意的问题”，对着概念进行逐条逐句地分析来完成一节课，还会认为教材说的太简单。事实上，对于概念学生要吃好吃透才能灵活地运用。而在概念教学中运用变式训练可以达到期望的效果。

案例：《竖直上抛运动》变式网络

“教之道在于度，学之道在于悟”，很多的时候我们教师要给学生提供一个悟的桥梁，而搭建好这个桥梁就需要利用好新教材，利用它内容安排上的层进性和探究性的特点，进而给学生以独立思考、自主探究的机会。而这个变式网络就给学生搭建了很好的平台。

为每一个题根变式列举经典题型体现变式的方法和策略，对于一些关键问题作标注和点评，有利于学习者更好、更快、更牢固地掌握解题技巧。与母题相联系配备三到五个变式，编排过程由浅入深，扎实基础，符合学生的认知规律，符合一般的思维层次差异，做到精而不泛。

案例：《竖直上抛运动》经典变式

变式一：斜面变式问题

【衍生1】小球以V0=10 m/s的初速度从斜面底端冲上足够长的光滑斜面做匀减速直线运动，它的加速度大小始终为a=2m/s2，方向与初速度方向相反。求：

（1）其冲上斜面所能到达的最远距离；

（2）其向上运动至距斜面底端16m 处所用的时间。

点拨竖直上抛运动是竖直方向上的匀减速运动，与斜面上的匀减速运动解题方法类似。

变式二：斜面与竖直问题

【衍生2】伽利略对自由落体运动的研究是科学实验和逻辑思维的完美结合，图3中所示可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说法中正确的是（）

A.其中的乙图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论

B.其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论

C.运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显

D.运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显

点拨懂得忽略什么，和懂得考虑什么，在科学发展中几乎是同等重要的。伽利略把斜面实验合理外推至90°是需要很大勇气的。

变式三：斜面双向问题

【衍生3】如图4所示，小球以v0=6m/s的速度从中间滑上足够长的光滑斜面。已知小球在斜面上运动时的加速度大小为2m/s2，问小球速度大小为3m/s时需多长时间？（小球在光滑斜面上运动时，加速度的大小和方向均不变）

点拨斜面上的问题也要考虑双向情况。速度是矢量注意其方向性。

变式四：竖直上抛双向问题

【衍生4】竖直向上抛出一小球，3s末落回到抛出点，则小球在第2秒内的位移（不计空气阻力）是（）

A.10m B.0

C.-5m D.-1.25m

点拨竖直上抛运动注意其方向性、对称性。

有意识的教学设计，通过分析、对比与评价，突出事物隐蔽的本质属性，让学生在比较鉴别中认识新旧知识的联系和区别。在本次教学片断中，教师先以前面学过的斜面问题诱思，不露痕迹地联系旧知识，再通过合理变式层层递进，返回竖直上抛运动，并加深概念的理解，最后安排竖直上抛的双向问题，画龙点睛。这种变式教学不是牵强的，而是建立在对概念的深刻理解上，对学生的帮助较大。

在完成变式后学生对竖直上抛的概念有了一定的理解并且巩固了原有的匀变速直线运动知识，从变式上我们看到了覆盖的四个变式分别用于说明不同方面的含义，以达到学习者对竖直上抛概念的多角度理解。

社会建构主义认为：学习不但只是强调个体心智活动的主动性，更应兼及社群与集体之间的互动、磋商、讨论，直至形成共识。通过变式学习的教学过程提炼出概念的精华。在变式训练之后通过学生小组讨论，进行方法提炼，有助于培养学生的深层思维，相信学生在碰到新问题，遇到新的困惑和疑虑时可以利用变式，在进一步解决新问题的过程中获得新的知识，从而更好地体现新课程改革的理念。

案例：《竖直上抛运动》方法提炼

1.竖直上抛运动作为匀变速直线运动的一个特例，既可看成全过程的匀减速运动，又可以分为上升过程的匀减速运动和下降过程的自由落体运动。

2. （1）研究竖直上抛运动，要灵活选用分段法和整体法，同时要注意各物理量的正负取值；（2）画好过程示意图是解决运动学问题的关键，同时正确判断物体的运动情况。

利用此类变式问题引导学生积极参与概念的形成过程，可加深学生对概念的理解，巩固所学知识，提高学习的兴趣和积极性，从而培养学生阅读理解、观察与分析、抽象与概括等能力以及自学能力。

1.4 单元复习的变式网络

利用变式网络可以提高单元复习的效率。变式训练教学中的变式方式可以根据母题中的元素的变更，条件的强化和弱化，方法的类比和归纳等进行呈现。

例如《匀变速直线运动规律》可以进行如下方式呈现：

变式网络1从匀变速直线运动的运动学公式进行复习，一般公式指用速度、位移和时间的三个关系式求解。匀变速直线运动规律的公式较多，对同一个问题往往有许多不同的解法，不同解法的繁简程度是不同的，所以应注意每个公式的特点，它反应了哪些物理量之间的关系，与哪些物理量无直接关系。《匀变速直线运动》中变式网络还可以例如变式网络2的形式展开，该展开方式主要从运动的形式展开，由单一运动扩展到往复运动，从匀变速运动扩展到变加速运动。

2 反思总结

变式训练教学是一种较有实用价值的思维技巧教学方式，符合学生的认知规律。它先以一道母题分析，再以母题为模型衍生出相关联的题目，使学生触类旁通，举一反三。通过衍生，使学生处理该类问题的方法与技巧，从而有助于学生理解概念，培养学生的解题能力，发散学生的思维。使学生清楚地掌握高中物理基本知识和方法，领悟物理问题的本质，从而有助于脱离“茫茫题海”，达到事半功倍的效果。

变式要循序渐进，要符合学生的认知规律，逐步深入，难度逐步提高，否则会使学生产生畏难情绪，影响问题的解决，降低学习效率。

当然不是所有的课堂教学都适合采用变式训练方法。实践表明概念教学，规律教学中借助变式训练能帮助学生有效地探究学习。例如在新教材必修、选修每册最后安排的课题研究、新课教学中的理论探究环节、实验教学中方案设计环节、复习教学中的原型变式的规律提炼环节、甚至是竞赛教学中的新旧知识对比环节，都可以依据教学的有效性考虑是否采用。

总之，加强习题之间的联系，重视变式训练，帮助学生从不同角度理解知识，有助于学生加强知识联系，提高知识运用的灵活性，构建合理的知识网络。

参考文献：

[1]赵强，刘炳升.建构与前概念[J].物理教师，2001，（8）：1.

[2]徐振国.倡导变式教学打造物理高效课堂[J].物理教学探讨，2010，（9）：70.