高三物理習題課的教學研究
2007-12-31 00:00:00趙奎
物理教學探討 2007年19期
新課程標準考試說明中，明確了高考物理學科重在考查學生理解能力、推理能力、設計和完成實驗能力、獲取知識的能力以及分析綜合能力。在高三復習課教學中，希望通過習題課的教學培養學生分析綜合能力和創新思維品質，從而提升學生的綜合能力。
下面就復習課中的習題課教學談一談我的實踐與對策。
1學生完成習題的現狀分析
進入高三，學生課內外作業量加大。在學生的作業中暴露出了不少問題：
其一：不能正確選擇所學知識解答物理問題。其表現在完成選擇題上的模棱兩可，是似而非，不能準確選擇正確答案。這是因為學生的知識儲備不夠，或知識的掌握不熟練，知識框架沒形成，沒掌握各知識點間的聯系。
其二：學生對物理問題的過程分析不正確。一種是對物理情景包含哪些過程分析不清，即使能分析清楚有哪幾個過程，但在運用物理知識解答時，也會將這些過程混淆。另一種是沒有養成良好的認真分析過程的習慣，甚至有些同學題目沒讀完，該做什么都不知道，就開始解答。還有一種是不習慣作運動示意圖和受力示意圖以幫助理解題意，或不能通過認真讀題，以獲取重要信息（如臨界條件，關鍵條件等）去弄清題意。有的學生甚至主觀臆造條件，假設與題目不相干的情景等。
其三：有很多同學在課堂上聽得懂老師所講的習題，可自己做習題時就無法完成，產生這類問題的原因是老師在進行習題課教學時，不注意培養學生的分析、理解、辨別能力，學生在課堂上始終處于被動地位，缺乏主動性，自然就不能由此及彼，由表及里，舉一反三。
其四：在進行章節復習時，學生易解答習題，但一旦進行跨章節的檢測或進行綜合檢測時，學生就容易出錯，甚至無法解答。其原因在于在進行章節復習時，教師講解的一些例題，學生解答時可套用之。但出現綜合性習題時，學生往往只會用章節的知識解答，不具備運用綜合知識進行分析綜合的能力，不能進行互相套用等。
2科學地確定習題課教學目標
學生在學習習題中存在的各種問題，究其根源在于習題課教學目標不明確，教師沒有真正轉變習題課教學的觀念；教師的教學方法陳舊不當，脫離學生實際，在培養學生的何種能力上也指向不強。此外，習題課教學往往是在教師的支配下，讓學生沿著一個方向，按照一種思維模式進行被動式解析，然后再布置類似習題讓學生模仿、套用、解析。為改變這種習題課的老套套，我通過了兩種習題課型作了探索嘗試。
(1)知識復習型習題課教學
在進行知識復習的同時，為了加深學生對各知識點的理解，會應用這些知識解決物理問題，通常要安排一些例題和習題。這類習題課，老師應精選習題，緊扣目的，重在通過解題教學培養學生的學習品質。
①培養學生良好的解題習慣
為了防止學生套解習題、不認真分析物理過程等現象發生，使學生養成良好的解題思維方法和習慣。解題時，應要求學生要仔細通過讀題挖掘隱含條件，詳細分析物理過程，并畫出相應的受力圖、運動示意圖以幫助其正確理解，從而建立起物理解題思維。
如圖1所示，長為Ｌ的細繩一端固定于Ｏ點，一端懸掛質量為m的小球，把小球拉到Ａ點，使懸線與水平方向成30°角，然后釋放小球，求小球運動到最低點C時的速率。
學生在解答這類題目時，往往不認真分析過程，套用單擺類型，認為機械能守恒，即得：mgL（１＋sin30°）＝12mv2。
為了建立學生的物理解題思路，教師在指導學生解答時，就應當指導學生先分析整個物理情景中包含哪些不同過程？從A到B 物體作什么運動？從Ｂ到Ｃ物體作什么運動？小球在B處有什么變化？變化的原因是什么（作受力示意圖）？通過對一串串連珠炮式的發問，激起學生緊張思維。接著帶領學生讀題，培養其分析習慣，教師再抓住關鍵點進行點拔，用這樣的方式進行幾個回合后，良好的物理解題思維就逐步形成了。
此類“上當題”（它不一定是難題，但學生經常出錯）對建立學生良好的解題習慣效果很不錯，應給予常選常用。
例2如圖2所示，靜止的傾斜傳送帶上有一木塊由頂端勻速下滑到底端所用時間為t0；當傳送帶向上開動時，木塊由頂端滑到底端所用時間為t，則：
A.t=t0B.t>t0
C.t 很多學生憑傳送帶向上轉動時往高處傳送物體的經驗，連想都不想就自以為是地認為“皮帶會向上帶木塊”而錯選B。 學生有直覺經驗，對解題有一定好處，但往往也有錯誤直覺存在，故不能只憑經驗而不仔細分析。所以教師在指導時，應使學生明確只有認真分析題意、分析運動過程和受力情況，才不致于受定勢思維的干擾而落入題目的“圈套”。教師在進行習題選取時，應多選學生易“上當”的題，充分暴露他們的錯誤思維習慣和錯誤直覺的支配，從而使學生養成良好的分析習慣和科學的思維態勢。 例3如圖3，平行光滑軌ＭＮ、ＰＱ相距L，ＴＳ與ＥＦ相距L／２，水平部分置于豎直向上的磁場中，a、b兩桿質量相等，開始a、b相距很遠，a從斜軌道上高h處自由釋放，求a、b兩桿的最終速度是多大。 很多學生在尋找動量之間關系時，不仔細分析a、b的受力情況，錯誤地認為動量守恒而得出錯誤結論；還有學生在對找動量關系時，雖知道動量不守恒，但不能找出a、b兩桿安培力沖量的關系而無法下手。教師應引導學生分析a、b桿受力，并說明a、b受力雖變化，但大小關系不變，從而得到a、b沖量間的關系式。 科學的分析習慣初步形成后，再選擇頗具典型性、代表性的習題進行鞏固性認知，使學生分析能力向綜合能力升華，為學生的創新精神奠定基礎。 ②培養學生的創新精神和實踐能力 培養學生的創新意識，是物理教學的核心，也是物理習題教學的核心。在習題教學中，要通過解題成功后的喜悅等途徑激發學生的解題興趣；通過一題多變，一題多解，優化解題方法等措施，開拓學生視野，培養學生解題思維的靈活性；要通過講解、克服學生定向思維的負面影響、培養學生解題的深刻性；通過多接觸物理新題（信息題、開放題等）啟迪學生開放性的思維，從而激發學生的創新精神，結出創新成果。 例4在例2中若傳送帶水平，如圖4所示。當傳送帶靜止時，物體以v0的初速度從傳送帶A端運動到B端所需時間為t1;當傳送帶以v=1m/s向右運動，物體以v0的速度從傳送帶A端運動到B端所需時間為t2；當傳送帶以v=1m/s向左運動，物體以v0的速度從傳送帶A端運動到B端所需時間為t3。 試比較t1、t2和t3的大小關系？ 變式一如圖4傳送帶水平放置。若傳送帶以1m/s速度勻速運行，現將質量為0.5kg的小物體輕輕放在傳送帶的左端，設物體與傳送帶間動摩擦因數為0.1，傳送帶兩端水平間距為2.5m。則物體從左端運動到右端所經歷的時間為____。若傳送帶的速度為10m/s時，物體從左端運動到右端所經歷的時間為_______。 變式二如圖5，若傳送帶以速度v=2m/s勻速轉動，AB相距L=10m，將工件從A處無初速地放到傳送帶上，則經過時間t=6s能傳送到B處。若用最短的時間把工件從A處傳送到B處，則該傳送帶的運行速度至少應為多大？ 變式三如圖6，已知物體與傳送帶之間的動摩擦因數為0.8 ， 傳送帶與水平方向成37°角放置，傳送帶A端到B端的距離為16m，傳送帶以10m/s的速度順時針運行。若把物體輕輕地放在傳送帶B端，則物體從B端運動到A端所需時間為多少？ 變式四如圖7，已知物體與傳送帶之間的動摩擦因數為0.5，傳送帶與水平方向成37°角放置，傳送帶A端到B端的距離為16m，傳送帶以10m/s的速度運行，若把物體輕輕地放在傳送帶A端，則物體從A端運動到B端所需時間為多少？ 通過以上一題多解，一題多變的變式訓練不僅開拓了學生的視野，而且可以使學生在解題中克服定勢思維的影響，培養學生靈活多變的應變能力，培養學生的創新思維和創新能力，從而提高學生解題的實踐能力。 物理習題的設置是千變萬化的，但一般地說這些習題都是命題者根據某個物理模型，創造出必要的物理情境，進而提出需要求解的問題。因此對于學生來講，整個解題過程就是在命題者設置的物理模型的具體情景中，充分考慮已知條件，從原有認知結構中提取、深化已有的物理模型來構建新物理模型的過程。當它與命題者設計、構建的物理模型一致時，問題就迎刃而解了。物理模型中分為“實體物理模型”和“理論物理模型”。在習題教學中，注意引導學生構建實體或理論物理模型，并應用物理模型解答物理問題。 例5如圖8所示，子彈m以初速度v0射入木塊M，并在極短的時間內停在其中，求它們擺起的最大高度h（h 分析與解答子彈打入木塊（可建立子彈、木塊為質點模型）由于“碰撞時間極短”（可建立過程模型）達到共同速度，則有mv0=(M+m)v，之后向上擺動過程中機械能守恒，則有12 (m+M)v2=(m+M)gh。 ∴h=m2V02/2(m+M)2g 以后遇上子彈打入木塊中的情況，以及相互作用粘合時的情況，就可以利用這種物理模型進行求解。 例6推行節水工程的轉動噴水“龍頭”距地面h（m），其噴灌半徑可達10h(m)，每分鐘噴水m(kg)，所用的水從地下H(m)的深井里抽取，設水以相同的速度噴出，水泵的機械效率為η，水泵的功率P(W)至少多大？ 分析與解答水連續噴出，每分鐘噴出的水可視為質點（理想化模型），這些水從井底上升到“龍頭”后噴出，其上升過程中位置提高的同時速度增大，這一過程可視為“加速運動”（過程模型）；因噴出時速度水平，噴出后水在空中灑的過程可視為“平拋運動”（過程模型）。設每分鐘噴出質量為m的水，噴出時的速度為v，則有P×60%×η=mg(H+h)+12 mv2 ，10h=vt， h=12gt2，解得：P=(1+26η)mg/60η。可見通過建立物理模型，解這樣復雜的物理習題，不僅省時、正確率高，更重要的是學生在建立物理模型時，創新意識就自然形成了。 （二）試卷評講型習題課教學 在高三復習課中，試卷評講課是常用課型。目前評講課中，往往學生處于接受現成答案的被動地位，也有在進行試題評講時，只顧一題接一題地評講，或只注重題目的分析、解答過程，不注重查找學生知識的漏洞和解題的錯誤思想，導致了學生在解答過程中的“常見病”、“多發病”時時發生。 （1）試卷評講前的充分準備 在評講試卷之前對學生答卷情況作好充分的分析和統計，研究學生的得分率、失分率以及失分的題目、各層面學生的分布和原因，然后對試題進行按知識體系分類（或按其他方式分類），在此基礎上找出每一類型試題需要哪些知識，用哪些方法求解，以便在評講時做到有的放矢。 （2）試卷評講的思想和做法 評講試卷的基本思想應是評講規律和解題思路，評講失分率偏高的題，評講常錯點、常考點。評講時，按分類試卷進行。評講每一類試題時，先指出它們考查了哪些知識點，然后復習所涉及的知識點，再針對學生在解答試題中存在的問題進行分析（可由老師找，也可由學生根據復習的知識找錯誤原因），讓學生先自己糾錯，后由老師再講評。采用以點帶面，點面結合方式進行。還可以用以前建立的各種物理模型進行解答，評講后，再進行相關題型練習，以鞏固知識，加深理解，避免學生犯同類型錯誤。 （3）試卷評講中的思維培養 a、解剖典例，追溯誤區，發展學生思維的批判性。 例7（2000年高考試題）圖9為一空間探測器的示意圖，Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４是四個噴氣發動機，Ｐ１、Ｐ３的連線與空間一固定坐標系的x軸平行，Ｐ２、Ｐ４的連線與y軸平行，每臺發動機開動時，都能向探測器提供推力，但不會使探測器轉動，開始時，探測器以恒定的速度v０向正x方向平動，要使探測器改為向正x偏負y60°的方向以原來的速率v０平動，則可： Ａ.先開動Ｐ1適當時間，再開動Ｐ4適當時間。 Ｂ.先開動Ｐ3適當時間，再開動Ｐ2適當時間。 Ｃ.先開動Ｐ4適當時間，再開動Ｐ1適當時間。 Ｄ.先開動Ｐ３適當時間，再開動Ｐ４適當時間。 該題為2000年廣東高考題，經檢測，學生多選Ｃ。學生錯誤的原因一是沒弄清楚“以原來的速度v０平動”這一條件；二是沒考慮到開動Ｐ４后探測器的速率會增大。通過解剖，追溯錯因，使學生因未弄清題目交待的物理情景和條件以及運動合成的知識（缺乏在x方向上減速的思考），就回答的思維受到了批判，有效地提高了學生思維的條理性和嚴密性。 b、舉一反三，變通求活，發展學生思維的廣闊性。 例8如圖10，空間存在以ab、cd為邊界的勻強磁場區域，磁感應強度大小為Ｂ，方向垂直紙面向里，區域寬為L1，現有一矩形線框處在圖中紙面內，它的短邊與ab重合，長度為L2，長邊的長度為２L1。如圖10所示，某時刻線框以初速v沿與ab垂直的方向進入磁場區域，同時某人對線框施以作用力，使它的速度大小和方向保持不變，設該線框的電阻為Ｒ，從線框開始進入磁場到完全離開磁場的過程中，人對線框作用力所做的功等于________。 解法１線圈保持速度不變，由動能定理可得ＷＦ＝Ｗ安。根據電學知識，Ｗ安＝ε2#8226;t/R，其中ε＝ＢL2v，t=2L1/v，所以答案是2B2L22L1v/R。 解法2Ｆ＝Ｆ安，為恒力。ＷＦ＝Ｆ#8226;Ｓ＝２Ｆ安#8226;L1 ，其中Ｆ安＝BＩL2=B2L22v/R，所以答案是2B2L22L1v/R。 還可以靈活變通，改變題設條件和設問，一題多變，優化學生思維的廣闊性。 變化１：1998年全國高考試題，選v方向為正方向，作出感應電流隨時間變化規律的I－t圖像。 變化２：2005年全國高考試題，線圈在恒力作用下通過磁場（速度變化），畫出電流隨位移的變化規律I-x圖像。 變化３：2004年全國高考試題，把該裝置豎直放置，線框從一定高度自由落下進入有界磁場，求線框通過磁場時產生的焦耳熱。 此題是2000年高考試題（廣東卷），教師通過多種解法，使學生從多角度理解這一知識點，發展思維的靈活性。 c、開拓外延，探索規律，發展學生思維的概括性。 例９2006年全國高考理科綜合測試卷I，選擇題第20題，題目如下： 一位質量為m的運動員從下蹲狀態向上起跳，經Δt時間，身體伸直并剛好離開地面，速度為v0在此過程中： A.地面對他的沖量為mv+mgΔt，地面對他做的功為12 mv2。 B.地面對他的沖量為mv+mgΔt，地面對他做的功為零。 C.地面對他的沖量為mv，地面對他做的功為12mv2。 D.地面對他的沖量為mv-mgΔt，地面對他做的功為零。 考試結果，一大部分考生選擇了(A)，原因是他們認為，在起跳的過程中，據動能定理得，地面對人做的功等于人增加的動能，即WN=12mv2。而標準答案給的是(B)，即地面對人做的功為零。 這是什么原因呢？ 在《全日制普通高級中學物理教科書（試驗修訂本#8226;必修）》第一冊教材中，關于動能定理內容的描述是：合力所做的功等于物體動能的增加，公式為W=Ek2-Ek1。這里的“物體”只能理解為“質點”模型。在該題目中，人不能視為質點，因為人體各部分的運動情況不同，應當作系統來處理，所以直接應用質點動能定理是錯誤的。同時，功在《普通物理學》中的定義是“力對物體所做的功等于力在作用點位移方向的分量和作用點位移大小的乘積。”所以，題目中地面對人的功應為彈力乘以彈力作用點的位移，而位移為零，所以，地面對人做的功為零，故答案應為(B)。 總之，在習題課的教學中，只要注重針對性、時效性，注重學生思維的發展和潛能的開發，在完成新課程標準中提出的物理教學培養的目的和任務中和新課教學一樣，其作用不可小看。所以習題課教學應作為一種新型教學存在，絕不可忽視和輕視，它對提高學生的理解能力、推理能力、設計和完成實驗的能力、獲取知識的能力、分析綜合能力和新課教學相輔相成，相得益彰，是實現中學物理教學目標完整的統一體 。 (欄目編輯鄧磊) 注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
