高中物理程序性知識教學初探

【摘 要】高中物理程序性知識是高中物理的重點知識，教師教學難度大，學生難以掌握。探討程序性知識高效教學可以提高學生分析和解決問題的能力，提升教師的教學水平。程序性知識的教學要實現高效需要教師調動學生的學習主動性;教學設計要符合學生的心理認知規律，不能操之過急;教學環節要齊全。

【關鍵詞】高中物理;程序性知識;高效教學

【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2016）03-0050-03

【作者簡介】姜祖國，江蘇省沭陽高級中學（江蘇沭陽，223600）教師，宿遷市高中物理骨干教師。

高中物理程序性知識是一個系統知識，教學不僅過程長，而且要符合學生的認知規律，教學才能高效。教師通過創設情境讓學生感知、探究、認知、練習，最終生成能力。筆者通過長期的教學探索，把高中物理程序性知識的教學過程分為四個步驟：1.發現特征，建立概念;2.尋找關系，建立規律;3.思維引領，建立程序;4.應用程序，解決問題。

一、發現特征，建立概念

概念是程序性知識的基本“細胞”。因此，教師要依據學生的認知規律，根據學科特點進行教學，把物理現象通過實驗、視頻、圖片等進行情景再現，讓學生通過觀察發現特征，最終建立概念。

1.借助趣味性實驗生成概念。

例如用范氏起電機幫助學生建立靜電場的概念。電場是客觀存在的，是帶電體周圍的一種特殊物質，由于看不見摸不著，如何激發學生的探究興趣，對幫助學生建立靜電場的概念至關重要。教師可以通過范氏起電機先使金屬球帶電，讓學生觀察，學生沒有發現異常;接著，讓一位長發女生站在絕緣板上，用手觸摸范氏起電機的帶電金屬球，頭發瞬間豎起并散開。學生對此現象驚呼不已，產生濃厚的探究興趣。

教師由此提出問題：是什么使得這位同學的頭發豎起來的？為什么會豎起來？

教師設置趣味性實驗給學生體驗，在興趣的引領下發現問題，尋找答案，激發學生對帶電體相互作用的思考，引導學生運用已學的庫侖定律和力的知識分析實驗現象。實驗是一味催化劑，可以引導學生快速去發現事物的特征，建立概念。

2.巧用挑戰性實驗促進概念生成。

例如穩定平衡條件教學，可以設計這樣一個挑戰性實驗，讓學生一只腳著地，另一只腳離地，保持平衡，扮演“金雞獨立”。為了調動學生參與的積極性，對學生進行必要的獎勵。學生有了攻擂的心態，一撥又一撥的上來挑戰，他們通過反思總結，最終發現規律。

魯迅在《花邊文學·看書瑣記》中寫道：“文學雖然有普遍性，但因讀者的體驗的不同而有變化，讀者倘沒有類似的體驗，它也就失去了效力。”物理是一門自然科學，許多東西可以讓學生體驗，體驗到的東西使人感到真實。因此教師上課時能創設情境讓學生參與體驗的，就不要用抽象的語言來表達。

二、尋找關系，建立規律

物理規律是程序性知識的“骨架”。只有建立規律，才可以系統地研究問題。在教學中，我們要創設一定的情境，激發學生探索的熱情，讓學生主動發現規律。

實驗直觀形象，學生容易接受，因此要想創設激發學生學習激情的情境，還需從實驗入手，再加以邏輯推理，使得結論更加真實可信。

1.借助實驗直觀性，幫助學生發現規律。

用陰極射線管尋找帶電粒子在磁場中的運動規律。該實驗使用的是高壓電源，當兩根導線靠近時，絕緣導線被擊穿，產生電火花，因此必須用絕緣手柄移動導線，同時為了防止高壓電源的“剩電”傷人，也必須要用絕緣手柄移動導線將電源放電。讓學生知道它的危險性，再讓學生進行實驗，讓學生聽到放電的嗞嗞聲，看到美麗的電火花，當磁鐵靠近時，射線偏轉，這些都會給學生留下終生難忘的記憶。

教師及時引導，粒子為什么偏轉，偏轉時遵從什么規律。通過現象讓學生感知到帶電粒子在磁場中受到力的作用，驗證左手定則;再用邏輯關系推導出帶電粒子在磁場中的運動規律，這樣學生更容易接受和理解。

2.利用實驗的可體驗性，引導學生探究規律。

如變壓器的變壓比教學。在變壓器實驗中，為了讓學生能感知到變壓器的工作特點，設計了這樣的一個實驗，讓全班學生依次手牽手（心臟不好或有其他疾病的學生除外），一頭一尾兩個學生分別用空下的另一只手，捏住變壓器副線圈兩根接線的線頭，教師一手握住干電池，將線圈的一個接線與干電池一端接好，另一只手將另一接線在干電池另一極上輕輕地快速劃過，全班學生驚呼，同時跳了起來，手都抖了一下，不自覺地松開。教師不急不忙地說，我們從來沒有發現一節干電池有這么大威力！這到底是怎么回事？

本實驗中學生的驚呼聲和人群的一起跳動多角度刺激著學生，讓學生充分感知到變壓器的威力，通過觸覺感知到電流的存在，激發學生向更深層次探究，自主學習尋找規律。先讓學生感性認識，再用法拉第電磁感應定律理性推導變壓器的變壓比，引導學生發現變壓比，學生更容易建立和接受規律。

3.借助實驗的啟發性，讓學生自主建立規律。

啟發的著重點在“發”，是指通過一定的方式促使學生思考、領悟。我們設計實驗教學的最終目的是通過學生直觀的感受，引發思考，并上升到理性認識，認識事物的發展規律。

如渦流概念的建立。我們為了直觀顯示電流的存在，可以設計自制線圈接小燈泡的實驗。當線圈靠近電磁爐時小燈泡亮了，學生會感到驚奇。當學生的興趣被激發時，教師再提問會讓學生更好地理解渦流的概念。

通過創設一定的問題情境，激發學生探究的興趣，啟發學生尋找現象背后的物理規律，調動學生學習的積極性和主動性，這樣設計的教學能夠產生較好的教學效果。

三、思維引領，建立程序

“思維”是程序性知識的靈魂。教師要讓學生學會分析情境，弄清楚邏輯關系，再根據情境的已知條件，推知未知的量，通過系列的思維活動，幫助學生建立分析問題、解決問題的程序，從而培養學生分析和解決問題的能力。我們把建立程序的過程稱為建模。高中物理的程序性知識多，但建立程序的思路卻相同。教學應從簡單到復雜，按時間先后順序，根據事物的發展規律，順應學生的思維展開教學，才容易被學生接受。下面用實例淺談如何幫助學生建立分析程序性知識的思路。

1.建立應用牛頓運動定律分析“疊加體”問題的程序。

建立如圖所示的模型。設地面光滑，A、B間動摩擦因數為μ，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。用隔離體法分析，對A：F-fBA=MAaA，對B：fAB=MBaB;由于B的動力是由摩擦力提供的，有最值，當摩擦力達到最大值時，加速度最大為aBmax。A的動力由拉力F提供，理想情況下可以無限增大。因此B的加速度有最值，A的加速度沒有最值。當aA>aBmax時，A與B相對滑動，因此aBmax是A與B相對滑動的臨界加速度，此時可以求出臨界拉力F0=（MA+MB）aBmax。

當F>F0時，A與B相對滑動，采用隔離體法，此時A、B間摩擦力為最大靜摩擦力;F<F0時，采用整體法，先求出加速度a，再用隔離體法求解A、B間摩擦力。

求臨界值是破解疊加體模型的關鍵。求兩物塊相對滑動的臨界加速度時采用隔離體法，分析動力是摩擦力的物體，當摩擦力達最大值時，加速度為臨界加速度，再采用整體法求臨界拉力。小于臨界拉力，初始狀態相同，先用整體法，再用隔離體法分析;大于臨界拉力，采用隔離體法分析。

2.建立應用法拉第電磁感應定律分析“動生”問題的程序。

創設如圖所示模型：一個質量為m、電阻為r、長度為l的導體棒ab橫放在固定的U型金屬框架上，框架的兩邊MM′、NN′相互平行，電阻不計且足夠長。MN的電阻為R且垂直于MM′，整個裝置處于豎直向上的磁感應強度為B的勻強磁場中。對ab棒施加垂直于棒ab的水平恒力F，棒ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM′、NN′保持良好接觸。求：（1）導體棒的穩定速度v;（2）從導體棒開始運動到穩定，整個電路中產生的熱量為Q，求該過程通過導體棒電量的大小。

程序建立過程：由法拉第電磁感應定律可得，運動的導體棒ab充當了電源，感應電動勢E=BLv，根據右手定則可得：導體棒ab中的電流方向由a→b，即b端相當于電源的正極，由閉合電路歐姆定律得I=，導體棒ab受到的安培力

F=BIL=，且方向向左;由牛頓第二定律得

F-=ma，可知導體棒做加速度越來越小的加速運動，最終導體棒將做勻速運動。由于FA是變力，因此，對過程分析只能用動能定理W+W=mv。由于電流是變化的，因此求電量只能先微元，再疊加，最終可得q=。

因此，對于分析電磁感應中的“動生”問題，可以分為四個分析：（1）“源”的分析，分析電源的電動勢大小、方向、內電阻;（2）“路”的分析，分析電路的連接方式，描述電路的參量、電路中的功能關系;（3）“狀態”的分析，分析研究對象的受力情況，判斷它的運動情況;（4）“過程”的分析，分析運動過程中的功能關系。搞清楚了“四個”分析，即弄清楚了整個過程，再根據具體情境選擇合適的突破口進行分析。

四、應用程序，解決問題

程序性知識只有通過訓練才能熟練掌握，最終生成技能，教師在建模的基礎上要加強用模，這樣建立的模型才有意義。用模型分析問題就是把原有的問題情境通過變式訓練，讓學生靈活地運用程序性知識來分析問題。

如電磁感應“動生”問題，可以把情境轉化為豎直軌道、傾斜軌道，即恒力相當于重力、重力的分力;再把情境轉化為有初速度的運動情況，通過不斷地變換情境，讓學生用相同的方法進行分析，最終幫助學生建立分析電磁感應“動生”電動勢的一般分析思路。

建立新情境如圖所示，兩足夠長平行光滑的金屬導軌MN、PQ相距為L=1m，導軌平面與水平面夾角α=30°，磁感應強度B=1.0T的勻強磁場，垂直導軌平面斜向下，金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上，且始終與導軌接觸良好，金屬棒的質量m=0.01kg、導軌與導體棒電阻均不計。電阻R=150Ω，電容C=0.01F，取重力加速度g=10m/s2。現將金屬棒由靜止釋放。求：（1）在開關接到1的情況下，金屬棒下滑的最大速度;（2）在開關接到2的情況下，金屬棒穩定時的加速度。

解析：（1）對導體棒有：mgsinθ-=ma，當加速度為0時，導體棒有最大速度，即

mgsinθ-=0解得v=，v=7.5m/s;（2）對導體棒有：mgsinθ-BIil=ma，時間t內累加有：mgsinθ-BL=ma，mgsinθ-BL=ma，

mgsinθ-BL=ma，mgsinθ-B2L2Ca=ma變形得a=，解得a=2.5m/s2。

程序性知識的教學，是一個系統性教學過程。教師需要系統備課，進行整體、科學、符合物理學科特點的設計，并且借助實驗的直觀性，注重實驗與邏輯的結合，方可實現高效教學。

【參考文獻】

[1]劉進利.中學“實踐物理”課程建設的探索[J].湖南中學物理，2015（05）.

[2]姜祖國.對江蘇高考題的思考與破解對策——有效破解程序性知識疊加體模型[J].物理教學探討，2015（06）.