初中物理習題教學利用錯誤資源的實踐探究

　　物理習題教學是通過對習題的分析，幫助學生進一步鞏固、深化對物理概念和規律的理解，是培養學生綜合能力的重要途徑。學生答題過程中會出現各種錯誤，教師要有資源意識，積極分析錯誤原因，并設計有針對性的教學，使學生形成正確認識，這就是對錯誤資源的有效利用。筆者以杠桿習題教學為例，談一些實踐體會。
　　一、錯誤資源的構建
　　按糾錯難度，可以把錯誤分成兩類：一類為淺顯錯誤，即只要教師指明原因，學生馬上豁然開朗，比如看錯題目、計算錯誤等；另一類為深層次錯誤，由學生認知結構、思維能力等方面造成，不是簡單幾句話就能使學生明了的，教師要花時間找原因，并精心設計教學，這類錯誤更有教育價值，是構建錯誤資源的主體，本文所談的錯誤指深層次錯誤。造成這類錯誤的原因有以下幾方面。
　　1.學生缺乏生活體驗
　　很多學生課余生活單調，不是被督促在家做作業，就是奔波于各類補習班，分數是生活主旋律。平常衣來伸手，飯來張口，很少參與體力勞動，接觸生活、體驗生活的機會較少，對生活的感知能力逐漸下降，失去了關注生活的興趣。物理源于生活，沒有豐富的體驗作基礎，是難以想清某些物理過程的。生活中的許多杠桿，如掃帚、釣魚竿、指甲剪、開瓶扳手等，雖然常見，但如果沒有經歷或體驗，又不善于觀察，在分析杠桿時就會產生障礙。
　　2.前概念的負面影響
　　前概念是指學生在沒有接受正式的科學概念之前，對日常生活中所感知的現象，通過長期的經驗積累與辨別式學習而形成的非本質認識。這些概念有些是正確的，它有助于學生形成概念、掌握規律，是學生進行物理學習的基礎，但前概念畢竟是生活經驗，是在觀察和思考的基礎上自發形成的，沒有經過嚴密的科學分析與實驗證明，所以前概念多數是膚淺的，帶有片面性，有的甚至是錯誤的。學生一做題，這些前概念就會產生影響，引起錯誤。比如，學生認為阻力方向總是與動力方向相反。
　　3.物理情景復雜或相互干擾
　　物體靜止或勻速直線運動時，涉及的物理量一般不變。而在杠桿習題中，經常有杠桿轉動的情況，這就要求學生有較強的想象力，判斷杠桿下一時刻的位置及物理量的變化。但當學生畫出幾個位置的力和力臂時，草圖已面目全非，引起思維混亂。另外，有許多情景相似的杠桿動態問題，對學生產生干擾，增加難度。
　　一些簡單的生活物品往往綜合了幾個杠桿，有的為同質，有的為異質，而且動力和阻力發生了改變，比如，夾子、剪刀、老虎鉗由兩個同質杠桿組成，而指甲剪、垃圾桶則由異質杠桿組成。特別是異質組合，幾個杠桿同時工作，過程復雜，學生先要找準每個杠桿的支點，然后針對具體情況分析動力和阻力，其中還涉及相互作用力方向的判斷，這給學生的解題帶來很大困難。
　　4.不會用物理模型思考問題
　　習題較難的一個重要原因是學生對題目意圖不理解，不能把題目中的對象和過程簡化成理想的物理模型。實際上，千變萬化的物理習題都是在物理模型基礎上，融合生活事例，給出具體條件，提出求解的物理量，而解題的過程就是將題目隱含的物理模型還原，根據對應的物理規律求得結果的過程[1]。學習用簡單的物理模型解決問題，為學生進入高中夯實基礎。有些題目將杠桿隱藏起來，初學者往往經驗較差，想不到建立杠桿模型，比如探討滑輪的本質、給飛輪調整重心等。學生一遇到建模就感到棘手，思路打不開。
　　二、物理習題教學中有效利用錯誤資源的教學策略
　　1.創設體驗活動，豐富學生感知
　　新授課中教師會設計一些體驗活動加深印象，而在習題教學中，往往是機械講解，沒有將習題轉化為體驗活動的意識，授課形式單調，效果不理想。杠桿習題教學中可以開展拔釘子、開瓶蓋、掃地、模擬釣魚等活動，讓學生體驗杠桿繞支點轉動的過程，體會使用杠桿的優勢和局限性。
　　常見杠桿可以讓學生操作，但一些逐步被時代淘汰或者某區域很少見的杠桿，學生難以體驗。比如，抽井水的抽水機，隨著城市化進程的加快，這種設備越來越少，農村學生也沒有深刻印象，城鎮學生就更不用說了，學生很難憑空想象其工作過程，阻力方向判斷出錯是情理之中的事。又比如，鐵路建設中使用的道釘撬，在沒有鐵路的地區，學生可能都不知道它長什么樣，用途是什么，僅靠題目描述是不夠的。再如建筑工地上的起重設備塔吊，行色匆匆的學生會有時間和心情觀察其結構嗎？生活中的許多杠桿，對學生來說熟視無睹。出現這種情況，僅靠教師講解，很抽象，應通過多媒體課件或實物模型來間接體驗，彌補學生生活經驗的不足，學生就會豁然開朗。
　　2.重視教師引導，完成概念轉變
　　要轉變前概念，只靠學生自己是行不通的，因為學生的前概念已根深蒂固，必須介入教師引導，讓學生發現已有經驗的不足甚至錯誤，激發對前概念的矛盾或不滿情緒，使學生自覺修正和完善前概念。
　　例1.如圖1，杠桿OA可繞支點O轉動，B處掛一重物G，A處始終用一豎直力F。當杠桿和豎直墻之間夾角緩慢增大至直角時，為了使杠桿平衡，則（A）
　　A.F大小不變，但F　　B.F大小不變，但F>G
　　C.F逐漸減小，但F>G
　　D.F逐漸增大，但F　　學生判斷F和G的大小時，存在錯誤前概念：杠桿緩慢向上運動，說明F>G；若杠桿緩慢往下掉，則F　　學生活動：（1）手拉動鉤碼沿不同方向運動；（2）模仿本題情景，在杠桿下掛相同鉤碼，另一端用手拉動。提出問題：鉤碼與杠桿的運動形式相同嗎？
　　讓學生大膽表達有何不同，教師補充修正：鉤碼內所有的點運動狀態相同，這種運動稱為平動；而杠桿上所有的點都繞固定的點或軸做圓周運動，這種運動稱為轉動，這是運動的兩種基本形式。此處不宜拓展，點到即可。
　　教師過渡：物體勻速平動和杠桿勻速轉動時的條件相同嗎？
　　對比探究：測力計下掛幾個鉤碼，緩慢直線運動，比較F與G的大小；按照本題情景，在杠桿下掛相同鉤碼，另一端用測力計緩慢豎直向上拉動，觀察F的變化情況，比較F與G的關系。說明兩者平衡條件不同，再引導學生回顧勻速直線運動的條件和杠桿平衡條件。
　　3.采用變式遞進，開闊學生視野
　　各種相似情景的干擾，是學生出錯的原因之一。學生不能從眾多變化的情景中找出分析問題的關鍵。與例1情景相似的習題較多，給學生的思維帶來障礙。采用變式教學，先易后難，迂回前進，達到融會貫通、開闊思維的目的。在講解例1之前，設計以下變式作鋪墊。
　　變式1：如圖2，作用在杠桿一端且始終與杠桿垂直的力F，將杠桿緩慢地由位置A拉至位置B，力F的大小在這個過程中的變化情況是（A）
　　A.變大 B.變小 C.不變 D.先變大后變小
　　變式2：如圖3，一根直桿可以繞O點轉動，在桿的一端施加一個力F，在力F從水平方向緩慢轉動到沿豎直向上的方向的過程中，為使直桿保持在圖示位置平衡，則拉力F的變化情況是（D）
　　A.一直變大 B.一直變小
　　C.先變大，后變小D.先變小，后變大
　　變式3：如圖3，一根直杠桿可繞O點轉動，在桿的一端施加一個方向始終保持水平的力F，將直桿從豎直位置慢慢抬起到水平位置過程中，力F大小的變化情況是（A）
　　A.一直增大 B.一直減小
　　C.先增大后減小 D.先減小后增大
　　設計意圖：變式1中F的力臂不變，改變G的力臂，分析G的力臂變化為例1的教學打基礎。變式2中G的力臂不變，改變F的力臂，難點是發現最大力臂，判斷力臂先變大后變小。變式3中F、G的力臂同時變化，但F的力臂變小，G的力臂變大，由杠桿平衡條件知F變大。當學生用變式3的方法思考例1出現困難時，再啟發學生用相似三角形轉換力臂的比值。
　　4.搭建腳手架，分解習題難點
　　碰到復雜的物理習題，教師的首要任務是搭好腳手架，讓學生沿著問題串攀登，隨著問題的解決，物理過程逐漸清晰，難點得到有效突破。
　　例1.可設計以下幾個問題：（1）你能畫出下一時刻杠桿的位置嗎？（2）杠桿阻力作用點偏向豎直位置的左邊還是右邊？（3）F與G的力臂怎么變化？（4）由杠桿平衡條件寫出F的表達式，并判斷F的大小如何變化？（5）F和G的力臂都變大，比值怎么變？（6）能把力臂的比值轉換為其他比值嗎？提示：用相似三角形知識。
　　只要教師設計好問題串，層層深入，學生拾級而上，任何復雜的問題都將變得簡單。正如黃山雖高，但只要有臺階，人們就能問鼎。
　　5.培養模型意識，提高解決問題的能力
　　復雜的物理問題一般都有模型依據，解題的實質就是將具體問題轉化成模型，再將這個模型所遵循的規律找出來。學會建立物理模型，是科學方法教育的一項重要內容。建立模型可以幫助人們忽略次要因素，從本質上認識和處理問題；建立模型還可以幫助人們分析復雜事物及過程，幫助人們研究不易甚至無法直接觀察的現象[2]。
　　例2.連接蘇州和南通的蘇通大橋創造和打破了多項世界紀錄，蘇通大橋跨徑為1088米，是世界跨徑最大的斜拉橋，如圖4。在設計大橋時，為了減小鋼索承受的拉力，在需要與可能的前提下，可以適當增加塔橋的高度，你知道原因嗎？假如讓你來設計新的斜拉索式大橋，你還能提出減輕鋼索拉力的方法嗎？
　　初中生應具備簡單的建模能力，學生不知從何處入手的原因是不會建立物理模型。教師提示，對大橋結構進行簡化，將主要部分抽象成如圖5的模型，大橋的本質為杠桿模型，應用杠桿原理來解決上述問題。
　　教師要有意識地介紹建模思想的應用，讓學生體悟建模的目的。比如，引入光線模型，是為了研究光現象方便，如果不用光路圖就很難學習光現象的知識；又如，磁場看不見，摸不著，為了更好地研究磁場，引入磁感線模型，磁感線的疏密表示磁場的強弱，磁感線的方向表示磁場的方向；再如，研究肉眼觀察不到的原子結構時，建立原子核式結構模型等。
　　三、物理習題教學中有效利用錯誤資源的教學建議
　　1.給學生出錯的機會
　　課堂教學時間有限，既要完成新課教學，又要講評作業，時間很寶貴，教師便帶著學生趕進度，慢慢失去了傾聽的耐心，探究活動草草收場，學生自己思考、體驗的機會變少，知識完全是灌入的，主體參與意識逐漸淡化。心理學家蓋耶指出：“誰不考慮嘗試錯誤，不允許學生犯錯誤，就將錯過最富有成效的學習時刻。”急躁的課堂節奏剝奪了學生犯錯的機會。將課堂節奏慢下來，給足學生時間，讓他們不慌不忙地表達想法，暴露思維和探究中的問題，鼓勵學生自查、自省，立足學生錯誤的教學才是真正有效的。
　　2.面批是獲取錯誤資源的重要方法
　　錯誤資源的獲取途徑有課堂問答、作業批改、面批等，不同教師偏重的方法可能不同。課堂問答時，出現錯誤資源來不及紀錄，有時會遺忘。一般性地批改作業，對于計算題，能看出學生思維軌跡，分析出錯誤原因，但對其他類型題目，如果學生不在現場，很難從學生答案中找出錯因，但采用面批方式，就可以在與學生交談過程中找到原因。有時答案雖然正確，但可能方法錯誤，只是碰巧填對了答案。因此，面批是獲取錯誤資源的重要方法。
　　3.學生互評是利用錯誤資源的主要形式
　　在習題講授時教師要穿插學生錯誤，比如，把學生原始解答投影出來，由學生評價解題過程，找出解題不規范或錯誤之處。又如，教師講授時，可以故意把學生“有道理”的錯解講出來，有的學生被蒙住了，而有的學生能發現教師錯誤，這些學生的抗議會驚醒思維誤入歧途的學生。
　　參考文獻
　　[1] 陳淑萍.教會學生用物理模型思考問題.物理教師，2012（3）.
　　[2] 蘇州市教育科學研究院.新課程初中學習能力自測叢書·物理.上海：上海科學技術出版社，2011.
　　（責任編輯 郭振