物理习题教学的思维呈现与优化策略

李允和

(浙江省台州中学,浙江 临海 317000)

物理习题教学的思维呈现与优化策略

李允和

(浙江省台州中学,浙江 临海 317000)

习题教学需要教师充分了解学生在解题中碰到的思维困惑和真实想法,才能有效地发展学生的思维．而学生的解题思维是内隐的,教师需要一些教学策略呈现学生的思维,进而积极有效地应对,从而优化学生的思维品质．

习题教学； 思维呈现； 思维优化； 教学策略

习题教学是高中物理课堂教学的重要组成部分,能有效培养学生的思维能力．从教学现状看,习题教学中应用问题教学法相比传统的讲授法取得了更好的教学效果,但也普遍存在一个问题:教师更愿意关注基于自身教学经验之上预设的问题,而常常忽略学生的真实想法,导致学生的思维不能得到有效激发．究其原因,教师做到了“脑中有结构”,却没有充分做到“心中有学生”．要充分了解学生的解题思维进而优化思维品质,需要一些教学策略．

1 思维呈现策略

学生的解题思维是内隐的,教师要想方设法使其外显得到呈现,从而探明学生的真实想法．呈现学生思维的策略有很多,以下列举常用的几种．在实际教学中,常常是两种或多种呈现策略搭配使用．

1.1 痕迹诊断

所谓痕迹诊断,是指教师根据学生写在作业纸上的解题笔迹分析学生的解题思维,从而找到错误的原因．要通过痕迹诊断了解学生的思维,需要学生尽可能详尽地写出解题过程,比较适合呈现计算题的解题思维,有时候选择题也能诊断,如图1所示．

图1 对选择题的痕迹诊断

1.2 说题

当教师难以通过痕迹诊断了解学生的思维时,或者在随堂教学中需要即时了解学生的想法时,可以让学生说题来呈现思维．所谓说题,是指在教师的启发引导下,学生用语言表达自己的解题思维．教师可以引导学生说审题、说思路、说解法、说反思等,以此来搜集关于学生思维过程的信息,以便有针对性地进行教学调控．

图2

笔者在力的平衡问题的习题课教学中,曾给学生展示如下例题.

质量分布均匀的绳子,总质量为m,两端与水平方向的夹角为30°,如图2所示,求:最低点绳子张力大小．

在选取研究对象时,笔者告知学生,若以整段绳子为对象,最低点的张力成了内力,无法求解,于是选取半段绳子为研究对象,进行受力分析．这样讲解似乎是很清楚了,但还是有学生举手表示不能理解,觉得可以选取整段绳子为对象．笔者当时觉得个别学生就是“笨”,但还是耐下心来让“笨”学生说说以整段绳子为对象的求解思路．学生说完之后笔者才了解到学生的真实想法:先以整段绳子为对象求出两端的拉力,再利用同一根绳子各处张力相等,得到最低点的张力．后来发现有这个想法的学生还不是少数．笔者庆幸给了“笨”学生说题的机会,否则就不了解学生思维上的真实问题,讲解就成了隔靴搔痒．

1.3 板演

当学生仅仅用语言表达不能说清楚自己的想法时,黑板板演可以成为思维载体和探讨的平台．板演既能展示学生的真实思维的动态过程,又作为完整的静态形式对象便于板演者本人、学生和教师展开物理问题探讨．通过学生的板演,教师及时、准确地捕捉学生对物理概念和问题的思考和认识,通过学生的视角“看”物理问题,理解学生思维困惑,顺应学生思路,使学生在错误中感悟,在困惑中收获．

如今,多媒体技术已广泛应用于课堂教学,这让“板演”可以变成“纸演”,即学生坐在自己的座位上就可以一边讲一边把想法在纸上写出或画出来,同时教师利用手机同屏等软件实时地传递到大屏幕．这种方式克服了板演耗时、人数受限等缺点．

2 思维优化策略

学生的困惑和想法得到呈现之后,接下来就是教师如何积极有效地应对,从而优化学生的思维品质．

2.1 搭建学生思维的支架

“支架”原意是指建筑行业中的“脚手架”,在习题教学过程中搭建学生思维的“支架”是指教师并不急于告诉学生解题的具体思路,而是在了解学生真实想法的基础上,找出思维困境,并于此处设置“问题支架”,随着“支架”的逐步撤出,学生会自己找到解题思路．

笔者在万有引力定律应用的习题课教学中,得出一个结论:只要知道了天体B绕天体A运动的周期T和轨道半径r,根据GmAmBr2=mB2πT2r，就能求出中心天体A的质量mA,而在方程中mB是约去的,所以无法求出运动天体B的质量mB．但有学生提出了这样的问题:运动是相对的,以A为参考系,观察到的是B绕A做匀速圆周运动,如果以B为参考系,观察到的是A绕B做匀速圆周运动,周期和半径仍然为T和r,如图3所示．这时B对A的万有引力提供A做圆周运动的向心力, 根据GmBmAr2=mA2πT2r，就能求出天体B的质量mB．

图3

学生的错误:天体B不是惯性系,对于它牛顿第二定律不成立,所以不能根据GmBmAr2=mA2πT2r求出mB．但笔者并没有直接告知学生答案,觉得这个问题能引发优秀学生的深度学习,于是提供了问题支架:GmBmAr2=mA2πT2r是根据牛顿第二定律得出的,它有什么适用条件吗?在天体A、B构成的系统中,谁是惯性参考系?学生沿着这些问题进行了深入思考、讨论,最后有了“重要发现”:在万有引力作用下相互绕行的天体A、B都不是惯性系,它们的质心才是惯性系,我们无法求出每个天体的质量,而只能求出两个天体的质量之和．在以上过程中,教师只在学生思维困境处给予了问题支架,学生的批判性思维和创造性思维得到有效发展,并收获了成功的喜悦．

2.2 引发学生思维的碰撞

不同学生利用不同的解题思路得出完全相反的结论时,意味着一部分学生出现了错误．教师即使了解了出错的原因,也不用急于做出评判和分析,可以抓住契机,引导持不同观点的学生进行互动,让学生在互动中产生思维的碰撞,这种碰撞会让学生的思维在不断的否定和肯定中得到提升．

图4

在楞次定律的习题课教学中,学生解答了这样一道题:如图4所示,两水平光滑金属轨道上放置两根平行的导体棒ab和cd,在回路正上方有一块条形磁铁落下,在磁铁靠近回路过程中,分析导体棒ab和cd的运动情况．结果不同学生出现了如下的3种解题思路．

学生1:先根据楞次定律判断回路中的感应电流方向,然后根据左手定则判断磁铁磁场对导体棒的安培力,可得出导体棒ab和cd相互靠近．

学生2:根据楞次定律的推论“增缩减扩”(一些参考书上的二级结论:若回路磁通量增加,则回路将产生收缩的效果;若回路磁通量减少,则回路将产生扩张的效果),直接得出导体棒ab和cd相互靠近．

学生3:先根据楞次定律判断回路中的感应电流方向,然后根据掌握的二级结论“反向电流相互排斥”,得出导体棒ab和cd相互远离．

课堂上,教师先呈现以上3种解题思路,然后引导持不同观点的学生进行辩论,指出对方解题思路存在的问题．经过生生互动之后,学生3的错误被“公认”了,认识到“反向电流相互吸引”是通过感应电流产生的磁场作用的,它没有磁铁的磁场强．但后来学生3指出学生2的解题思路也存在问题,举了一个很有说服力的例子:图5所示的情况中,导体环1中逆时针的电流I1增大,穿过导体环2 的磁通量增 大,产生顺时针的感应电流I2.导体环2受到的安培力有使自身面积扩大的趋势,与“增缩减扩”的二级结论相悖．通过以上争辩,学生之间进行了充分的思维碰撞,深刻体会到应用二级结论解题需要注意前提条件．

2.3 促成学生思维的自省

学生解题中出现的一些错误,即使没有教师搭建支架或同伴帮助,通过自我反省就能得到解决．反省思维是一种冷静的、主动的自我反思过程．在习题教学中,教师促成学生对解题过程的自我反省,让学生认识到自己思维的模糊点或自身的错误,可以将学生的思维引向严谨并养成良好的解题习惯,从而优化学生的思维品质．

例如,笔者在批改学生的练习作业时,有时会在某道错题旁打叉并写上一个“讲”字,意味着相应学生要在下一节课上台讲解这道习题,要求学生说清原先的想法错在哪儿并给出正解．这种教学方法就是在促成学生思维的自省．同样地,每次考试后分析试卷之前,先把答题卷发还给学生让学生自我订正,这也是促成学生的自省,然后课堂上集中讨论自省解决不了的问题．又如,在课堂师生互动中,当学生给出习题的错误解答时,有时候教师只问一句“是这样吗?”、“你确定吗?”等用语,就会促使学生进入自我反省,而学生通过自省得到的正确解答会让学生获得“豁然开朗”的成功喜悦．

2016-12-12)