在“套路”与“反套路”中培养学生的物理思维
2020-04-22胡崇春
胡崇春
“套路”是指按照习惯思维或固有定式解决或处理问题的一种方式、方法，物理建模思想就是形成一种“套路”。当然，“套路”也可以是利用对方的思维定式，通过精心策划把对方引向“歧途”的一种设计。笔者在物理教学中习惯于运用“套路”套住学生的思维，更善于运用“反套路”激发学生的科学思维，在“套路”与“反套路”中培养学生物理学科的核心素养。
例如，在学习带电粒子在复合场中运动时，学生常常会被“套路”套住。
例1.在方向如图所示的匀强电场（场强为E）和匀强磁场（磁感应强度为B）共存的场区中，一电子沿垂直电场线和磁感线的方向以速度v0射入场区，设电子射出场区时的速度为v，则（ ）
A.若v0>E/B，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v B.若v0>E/B，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v>v0 C.若v0 D.若v0 分析：本题考查“速度选择器”原理。电子进入电磁场中，受到洛伦兹力与电场力两个力作用，由已知条件，分析两个力的大小，由左手定则判断出洛伦兹力方向，确定出电场力方向，即可确定电子的偏转方向，根据电场力做功的正负，分析速度的变化。若v0=E/B，则qv0B=qE，即洛伦兹力等于电场力，电子做匀速直线运动，动能不变，速度不变，故速度v=v0;若v0>E/B，则qv0B>qE，即洛伦兹力大于电场力，电子向下偏转，沿轨迹Ⅱ运动，洛伦兹力不做功，而电场力对电子负功，动能减小，速度减小，故速度v 讲解了本题后，笔者又提出了以下问题： （1）若质量为m，带电量为q的负电粒子（重力加速度为g）以水平速度v0进入无电场、无磁场区域，画出运动轨迹示意图，并描述粒子做何种运动。 （2）若该粒子水平射出的同时加竖直向上的匀强电场，画出运动轨迹示意图，并描述粒子做何种运动。 （3）若该粒子水平射出的同时加竖直向下的匀强电场，画出运动轨迹示意图，并描述粒子做何种运动。 （4）若该粒子水平射出后，在（3）的基础上加以垂直直面向里的匀强磁场B，画出运动轨迹示意图，并描述粒子做何种运动。 学生在回答问题（1）时很容易画出抛物线运动轨迹，答出平抛运动;回答问题（2）时也较容易画出抛物线运动轨迹，答出类平抛运动;然而，回答问题（3）时，学生很容易被“套路”，画出抛物线运动轨迹，答类平抛运动。此时，笔者不动声色，亦暂不做评价，问大家能否都理解这个过程，是否有疑问。若学生有疑问，则让他提出疑问，并发表意见;若学生无疑问，笔者会追问：题中给出电场力和重力的大小关系了吗？我们应该怎样做？学生此时会意识到他们陷入了思维定式，被笔者“套住”。在此过程中，培养了他们猜想、假设、推理、论证的科学思维，学生也更清晰平抛和类平抛运动的条件，对问题（4）能做出准确判断并学会分析v0 =（qE-mg）/qB、v0>（qE-mg）/qB、v0<（qE-mg）/qB不同情况下的运动规律。 “老师是学生的镜子，学生是老师的影子”——我的学生在向我询问的过程中也学会了“套路”——即在问问题之前先引经据典，亦或是先引用教师课上的话语或结论，之后再提出与之矛盾的问题，使教师陷入进退维谷的境地。 仍然是在带电粒子在复合场中运动部分的课上，一位学生这样问笔者：老师，你不是说过做变速运动的物体，a=0时，速度最大;v=0时，加速度最大。我按您的方法做这道题，怎么与答案不一样呢？ 例2.如图所示，套在很长的绝缘直棒上带正电的小球，其质量为m，带电荷量为+q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为E，磁感应强度为B，小球与棒的动摩擦因数为μ，求小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度（设小球电荷量不变）。 显然，学生在问问题前已经事先为笔者设计好了“套路”。通过审题，笔者发现学生其实是陷入了自己的“套路”。笔者并未着急为学生“解套”，而是因势利导，继续追问：（1）我们学过的哪种（些）典型运动是a=0时，速度最大;v=0时，加速度最大？生答：汽车以恒定功率启动。（2）为什么汽车以恒定功率启动时，v=0，加速度最大？生答：在P一定，v=0时，牵引力最大。（3）加速度大小的决定因素是什么？生答：合外力。（4）那应该如何分析加速度的大小呢？生答：受力分析。“恭喜你已经掌握了解决力与运动问题的突破口和分析问题的最有效方法——控制变量法。”至此，学生已经可以通过独立、完整的受力分析，结合控制变量法解决问题。笔者又进一步追问：若其他条件不变，仅将电场或仅将磁场反向，小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度的情况如何？学生进一步清晰了原有“套路”解決问题的适用条件。 学生给教师设计“套路”的原因无外乎两种情况：一是认知和思维上确实有“结”，自己难以解开，设计“套路”就是展示思维路径的过程，也是质疑已有认知的过程。明代学者陈献章说：“小疑则小进，大疑则大进。”教师在解套过程中，可以因势利导，适当地进行点拨，更多的时候学生自己就会解开“结”，修正对概念的误解和对规律理解的偏差，起到纠差改错、夯实基础的作用，这也是建立科学思维的过程。二是出于对教师的不信任，想检验教师的教学能力。在教学工作中，笔者中途接手其他同事所任课的班级时，就多次遇到此种情况。“亲其师信其道”，很难想象一个学生不信任任课教师怎么能学好这个学科。而教师赢得学生信任的最佳途径就是通过自己过硬的专业素养让学生信服。如果学生是出于对教师的不信任，想难为教师而给设计“套路”，教师在准确解套的过程中自然会赢得学生的信任，今后的教学也自然会融洽通畅。这种情况并非个例，尤其是现在的教辅资料良莠不齐，常有习题的答案出现错误，当教师的讲解与所给答案矛盾时，学生产生质疑也是情理之中，这就要求教师课前备课一定要认真、充分，不要给学生“老师照着教辅书里的答案讲课”的感觉。 但不论是哪种情况，学生在设计“套路”之前都是经过了相对周密的思考，将所掌握的物理规律结合一定的经验事实，然后抽象概括后提出来。这本身就是科学思维的表现形式之一。教师在答疑解套的过程中，通过有效问题的启发和引领，运用科学推理、科学论证帮助学生建构与完善模型，形成一个多层次、多结构、多序列的完整知识网络，使各种物质及运动之间的相互关系、相互作用形成一个有机的整体，这正是科学思维的形成过程。 人们对科学事物的反映和认识，总是一点一点地、一个方面一个方面地、一个层次一个层次地、一个角度一个角度地进行，并在积累了大量知识和经验的基础上，形成对科学事物立体的、完整的认识。无论是课堂上教师“套路”学生，还是课下学生“套路”教师，最终都是帮助学生从物理学视角认清客观事物的本质属性、内在规律以及厘清相互关系。 此外，通过学生的“套路”，教师也可以反思自己的教学，纠正课堂上的一些口误。“人非圣贤，孰能无过。”教师在课堂上偶尔出现口误在所难免，但自己很难发现。通过倾听学生的“套路”，教师可以纠正自己的口误，而且通过对学生严谨认真的学习态度及时进行表扬，可以进一步激发学生学习物理的兴趣和学习潜能。同时，若是教师及时纠正口误，不仅不会降低在学生心目中的形象，还可以更好地展示实事求是的科学态度。教师用欣赏的眼光看待学生给自己设计“套路”，不仅可以培养学生的质疑能力，教师也可以提高和完善自己，同时还可以融洽师生关系，何乐而不为呢？ 如今，笔者和笔者的学生已习惯在物理学习中为彼此设计“套路”。学生戏言：世界上最长的路就是“老胡”（学生对笔者的称谓）的“套路”。而笔者则回复他们：世界上最深的坑就是你们的“天坑”（天天为我挖坑）。因为学生每次问问题之前都要先说：某某规律或是定理是不是这样叙述的……你是不是说过……这道题的过程是不是……笔者现在也乐与他们“斗智斗勇”，因为在“套路”与“反套路”中笔者与学生共同进步。 基金项目：黑龙江省教育学会2019年教育研究规划“年度关注课题”重点课题“在物理实践活动中培养高中生科学思维的方法探究”（项目编号XHNZ2019-008） 编辑/韩晓雨
