例談變式對初中物理教學的作用

張瑞能

(無錫市洛社初級中學,江蘇無錫 214187)

教育心理學家潘菽認為,“變式就是使提供給學生的各種直觀材料和事例不斷變換呈現的形式,以使其中的本質屬性保持恒在,而非本質屬性則不常出現,成為可有可無的東西.”如果在物理教學中我們能夠在保持內容本質不變的前提下使其呈現形式不斷發生改變,對教學內容進行靈活變式,將可以起到較好的作用.

1 有利于把握知識的本質

馬登“現象圖式學”理論認為,學習發生的前提是有效的分辨,學習認識事物或現象往往就是從中區分出一些主要的特征,并同時將注意力聚焦于這些特征.而有效分辨的前提是變異的存在,因此,變異構成了學習的重要前提條件.在解決問題時,將問題或問題中各個對象通過一般化、特殊化、具體化、類似化等方式進行變式,將原來問題轉化歸結為學生比較熟悉的另一個相關問題,再從這一相關問題的解答過程或結論中,通過歸納或遷移得到原問題的結論或者解題的啟示.根據對問題解決的理解和預見,可能導向不同的變式,在這樣的變式過程中,促進學生把握知識的本質.如在“滑輪”一節習題教學中,筆者設計了這樣一道習題.

例1.一個輕質圓形滑輪,如圖1所示,細線一端固定在地面上,另一端吊一個重物G,在軸心處用力F向上勻速拉動滑輪,不計摩擦,求F:G.

圖1

圖2

很顯然,本題不屬于學生常見的滑輪類的題目,不能通過簡單地套用滑輪的特點、公式來解決.如果通過圖形變式,將其變換成圖2所示.

變式:橢圓形輕質薄板中間懸掛一根細線,當它在圖2所示的位置平衡時,求F:G.

這個裝置是不是杠桿?如果是,它的支點又在什么地方?

通過上述鋪墊,可以使學生理解圖1所示的裝置實質仍然是個杠桿,從而進一步加深他們對滑輪本質的理解.

2 有利于拓展學生的思路

物理教學離不開解題,解題的目的是通過解題深化學生對知識的理解,提升學生的思維水平,從而積累解題經驗、發展能力.在解題過程中,通過變更題目的已知條件、提問方式來引導、促進學生從不同角度思考問題,通過對解題方法分析與比較來揭示蘊涵于其中的思想方法以及各自的特點、適用范圍等,拓展學生的解題思路.

例2.如圖3所示,有一斜面高5 m,長25 m,機械效率為80%,要把一個重100 N的物體勻速拉到頂端,則沿斜面向上的拉力是多少?所受斜面的摩擦力為多大?

圖3

以前學生求滑動摩擦力通常是根據平衡力(二力平衡或同一直線上的幾個力平衡)的知識來解決的,可是本題中物體受力情況比較復雜,用平衡力的知識來解決對初中生來說,顯然是比較困難的.

變式1:如果是理想機械,拉力多大?(引導學生從功的原理的角度來進行分析,因為使用任何機械都不能省功)

既然有摩擦,實際拉力必將增大,而增加的力即是克服摩擦力所需要的力,所以只要求出實際拉力,問題就基本解決了.

變式2:通過效率的本質——有用功和總功的比值,總功和額外功分別多大?

額外功就是克服摩擦力所不得不做的那部分功,這樣問題就能迎刃而解了.

上述變式的基礎都是建立在“斜面是一個簡單機械”的前提之上,通過這樣變式處理,可以使學生對斜面這一機械有更深刻的認識,也能對效率的理解更透徹,從而加強知識的鏈結,形成系統性的知識,提高整體的認知水平.

3 有利于形成良好的認知結構

解題過程中的變式和解題之后的變式,都是針對具體的例題、習題的,而課堂(特別是一些復習課、練習課)可能是由一系列層次遞進的例題、習題串聯而成的,教師往往是從某個例習題出發,通過逐步變式得到一系列問題,這就是課堂例題、習題設計中的變式.通過變式設計的例題、習題,從文字到內涵都有很多“交集”,前面的例題、習題的部分題目信息可以直接推移到后續的例題、習題中,從而可以節約學生審題時間,提高課堂容量.通過變式設計的例題、習題,還可以知道相互之間在具體背景、研究對象以及研究方法等多個方面存在著各種各樣的內在聯系.正因為這樣,巧妙地運用變式設計例題、習題,不僅可以提高課堂容量,還有利于學生形成良好的認知結構,提高課堂教學效率.

例3.一只體積為200 cm3、質量為1 600 g的實心金屬球,問該球是銅制的嗎?你能幫他想出辦法嗎?(ρ銅=8.9×103kg/m3)

在全面復習了密度及其變形公式的情況下,進行變式:

變式1:質量不變,體積為450 cm3水結成冰后,體積為多大?(ρ冰=0.9 g/cm3)

變式2:體積不變,能盛16 kg酒精的塑料桶若用來裝水,能裝多少千克?

變式3:氣體密度變式.一只鋼瓶內的氧氣密度為6 kg/m3,用去其中的后,余下的氣體的密度是多少?

通過前面的例題、習題變式設計,可以幫助學生完善“密度不變、質量不變、體積不變”3種情況下密度知識的運用.最后又通過氣體的密度的特殊性,可以使學生進一步理清思路,完善對這一部分知識的認識,形成良好的認知結構.

4 有利于促進學生的學習主動性

再好的教學手段、教學方式,若沒有學生的積極參與都不會收到好的效果,所以,不論是什么教學模式,其根本的出發點都是要調動學生學習的主動性.根據維果茨基的“最近發展區”理論,變式教學就是根據學生的現有知識水平,通過恰當的變式,變換同類問題的非本質特征,讓問題處于學生的“最近發展區”,使他們學習的積極性得到最大程度的激發,使問題得以解決的可能性更大,從而幫助學生達到更高的潛在水平.

例如在浮力教學時,創設這樣的問題:畫出在空中靜止的汽球、停在水面上的輪船所受到的力的示意圖.

思考:為什么浮力的方向是豎直向上的?

變式1:彈簧測力計下掛石塊,然后用手去托,重力和拉力相等嗎?

變式2:把石塊放入水中,彈簧測力計的示數變了,重力還等于拉力嗎?

這樣設置,抓住了“浮力”這節課的基本立足點及學生認識的最近發展區——“平衡”,從“平衡”入手,得到向上的托力分別是空氣和水施加的,方向是“豎直向上”的,再通過以手掌托石塊的變式處理,既降低了難度,又能促使學生主動回憶并運用以前所學過的平衡力的知識,通過層層推進,既確定了浮力的方向,也得到了兩種計算浮力的方法(漂浮時F浮=G物和稱重法F浮=G物-F拉).

為了充分發揮變式在物理教學中的作用,教學過程中教師要有意無意地外顯這樣的變式過程與方法,讓學生能清楚地知道教師是如何將問題逐步變化過來的,各個變式之間是什么關系.在教學過程中設置一些過渡性的語言,如“還能求什么”、“如果沒有這個條件”、“條件改一下,結果將如何”等,把變式的過程以生動的方式展示出來.同時,專門安排習題課,以某一問題為出發點,展開變式,在此過程中明確變式的常用方法,如特殊化、一般化、同條件變換、逆向思考等.

因此,教師有必要加強對學生變式的督促,逐步將變式作為對學生的要求,平時要在一題多變、一題多解等方面對學生提出要求,讓學生逐漸把變式轉化為一種習慣.