物理習題教學的思維呈現與優化策略

李允和

(浙江省臺州中學,浙江 臨海 317000)

物理習題教學的思維呈現與優化策略

李允和

(浙江省臺州中學,浙江 臨海 317000)

習題教學需要教師充分了解學生在解題中碰到的思維困惑和真實想法,才能有效地發展學生的思維．而學生的解題思維是內隱的,教師需要一些教學策略呈現學生的思維,進而積極有效地應對,從而優化學生的思維品質．

習題教學； 思維呈現； 思維優化； 教學策略

習題教學是高中物理課堂教學的重要組成部分,能有效培養學生的思維能力．從教學現狀看,習題教學中應用問題教學法相比傳統的講授法取得了更好的教學效果,但也普遍存在一個問題:教師更愿意關注基于自身教學經驗之上預設的問題,而常常忽略學生的真實想法,導致學生的思維不能得到有效激發．究其原因,教師做到了“腦中有結構”,卻沒有充分做到“心中有學生”．要充分了解學生的解題思維進而優化思維品質,需要一些教學策略．

1 思維呈現策略

學生的解題思維是內隱的,教師要想方設法使其外顯得到呈現,從而探明學生的真實想法．呈現學生思維的策略有很多,以下列舉常用的幾種．在實際教學中,常常是兩種或多種呈現策略搭配使用．

1.1 痕跡診斷

所謂痕跡診斷,是指教師根據學生寫在作業紙上的解題筆跡分析學生的解題思維,從而找到錯誤的原因．要通過痕跡診斷了解學生的思維,需要學生盡可能詳盡地寫出解題過程,比較適合呈現計算題的解題思維,有時候選擇題也能診斷,如圖1所示．

圖1 對選擇題的痕跡診斷

1.2 說題

當教師難以通過痕跡診斷了解學生的思維時,或者在隨堂教學中需要即時了解學生的想法時,可以讓學生說題來呈現思維．所謂說題,是指在教師的啟發引導下,學生用語言表達自己的解題思維．教師可以引導學生說審題、說思路、說解法、說反思等,以此來搜集關于學生思維過程的信息,以便有針對性地進行教學調控．

圖2

筆者在力的平衡問題的習題課教學中,曾給學生展示如下例題.

質量分布均勻的繩子,總質量為m,兩端與水平方向的夾角為30°,如圖2所示,求:最低點繩子張力大?。?/p>

在選取研究對象時,筆者告知學生,若以整段繩子為對象,最低點的張力成了內力,無法求解,于是選取半段繩子為研究對象,進行受力分析．這樣講解似乎是很清楚了,但還是有學生舉手表示不能理解,覺得可以選取整段繩子為對象．筆者當時覺得個別學生就是“笨”,但還是耐下心來讓“笨”學生說說以整段繩子為對象的求解思路．學生說完之后筆者才了解到學生的真實想法:先以整段繩子為對象求出兩端的拉力,再利用同一根繩子各處張力相等,得到最低點的張力．后來發現有這個想法的學生還不是少數．筆者慶幸給了“笨”學生說題的機會,否則就不了解學生思維上的真實問題,講解就成了隔靴搔癢．

1.3 板演

當學生僅僅用語言表達不能說清楚自己的想法時,黑板板演可以成為思維載體和探討的平臺．板演既能展示學生的真實思維的動態過程,又作為完整的靜態形式對象便于板演者本人、學生和教師展開物理問題探討．通過學生的板演,教師及時、準確地捕捉學生對物理概念和問題的思考和認識,通過學生的視角“看”物理問題,理解學生思維困惑,順應學生思路,使學生在錯誤中感悟,在困惑中收獲．

如今,多媒體技術已廣泛應用于課堂教學,這讓“板演”可以變成“紙演”,即學生坐在自己的座位上就可以一邊講一邊把想法在紙上寫出或畫出來,同時教師利用手機同屏等軟件實時地傳遞到大屏幕．這種方式克服了板演耗時、人數受限等缺點．

2 思維優化策略

學生的困惑和想法得到呈現之后,接下來就是教師如何積極有效地應對,從而優化學生的思維品質．

2.1 搭建學生思維的支架

“支架”原意是指建筑行業中的“腳手架”,在習題教學過程中搭建學生思維的“支架”是指教師并不急于告訴學生解題的具體思路,而是在了解學生真實想法的基礎上,找出思維困境,并于此處設置“問題支架”,隨著“支架”的逐步撤出,學生會自己找到解題思路．

筆者在萬有引力定律應用的習題課教學中,得出一個結論:只要知道了天體B繞天體A運動的周期T和軌道半徑r,根據GmAmBr2=mB2πT2r，就能求出中心天體A的質量mA,而在方程中mB是約去的,所以無法求出運動天體B的質量mB．但有學生提出了這樣的問題:運動是相對的,以A為參考系,觀察到的是B繞A做勻速圓周運動,如果以B為參考系,觀察到的是A繞B做勻速圓周運動,周期和半徑仍然為T和r,如圖3所示．這時B對A的萬有引力提供A做圓周運動的向心力, 根據GmBmAr2=mA2πT2r，就能求出天體B的質量mB．

圖3

學生的錯誤:天體B不是慣性系,對于它牛頓第二定律不成立,所以不能根據GmBmAr2=mA2πT2r求出mB．但筆者并沒有直接告知學生答案,覺得這個問題能引發優秀學生的深度學習,于是提供了問題支架:GmBmAr2=mA2πT2r是根據牛頓第二定律得出的,它有什么適用條件嗎?在天體A、B構成的系統中,誰是慣性參考系?學生沿著這些問題進行了深入思考、討論,最后有了“重要發現”:在萬有引力作用下相互繞行的天體A、B都不是慣性系,它們的質心才是慣性系,我們無法求出每個天體的質量,而只能求出兩個天體的質量之和．在以上過程中,教師只在學生思維困境處給予了問題支架,學生的批判性思維和創造性思維得到有效發展,并收獲了成功的喜悅．

2.2 引發學生思維的碰撞

不同學生利用不同的解題思路得出完全相反的結論時,意味著一部分學生出現了錯誤．教師即使了解了出錯的原因,也不用急于做出評判和分析,可以抓住契機,引導持不同觀點的學生進行互動,讓學生在互動中產生思維的碰撞,這種碰撞會讓學生的思維在不斷的否定和肯定中得到提升．

圖4

在楞次定律的習題課教學中,學生解答了這樣一道題:如圖4所示,兩水平光滑金屬軌道上放置兩根平行的導體棒ab和cd,在回路正上方有一塊條形磁鐵落下,在磁鐵靠近回路過程中,分析導體棒ab和cd的運動情況．結果不同學生出現了如下的3種解題思路．

學生1:先根據楞次定律判斷回路中的感應電流方向,然后根據左手定則判斷磁鐵磁場對導體棒的安培力,可得出導體棒ab和cd相互靠近．

學生2:根據楞次定律的推論“增縮減擴”(一些參考書上的二級結論:若回路磁通量增加,則回路將產生收縮的效果;若回路磁通量減少,則回路將產生擴張的效果),直接得出導體棒ab和cd相互靠近．

學生3:先根據楞次定律判斷回路中的感應電流方向,然后根據掌握的二級結論“反向電流相互排斥”,得出導體棒ab和cd相互遠離．

課堂上,教師先呈現以上3種解題思路,然后引導持不同觀點的學生進行辯論,指出對方解題思路存在的問題．經過生生互動之后,學生3的錯誤被“公認”了,認識到“反向電流相互吸引”是通過感應電流產生的磁場作用的,它沒有磁鐵的磁場強．但后來學生3指出學生2的解題思路也存在問題,舉了一個很有說服力的例子:圖5所示的情況中,導體環1中逆時針的電流I1增大,穿過導體環2 的磁通量增 大,產生順時針的感應電流I2.導體環2受到的安培力有使自身面積擴大的趨勢,與“增縮減擴”的二級結論相悖．通過以上爭辯,學生之間進行了充分的思維碰撞,深刻體會到應用二級結論解題需要注意前提條件．

2.3 促成學生思維的自省

學生解題中出現的一些錯誤,即使沒有教師搭建支架或同伴幫助,通過自我反省就能得到解決．反省思維是一種冷靜的、主動的自我反思過程．在習題教學中,教師促成學生對解題過程的自我反省,讓學生認識到自己思維的模糊點或自身的錯誤,可以將學生的思維引向嚴謹并養成良好的解題習慣,從而優化學生的思維品質．

例如,筆者在批改學生的練習作業時,有時會在某道錯題旁打叉并寫上一個“講”字,意味著相應學生要在下一節課上臺講解這道習題,要求學生說清原先的想法錯在哪兒并給出正解．這種教學方法就是在促成學生思維的自省．同樣地,每次考試后分析試卷之前,先把答題卷發還給學生讓學生自我訂正,這也是促成學生的自省,然后課堂上集中討論自省解決不了的問題．又如,在課堂師生互動中,當學生給出習題的錯誤解答時,有時候教師只問一句“是這樣嗎?”、“你確定嗎?”等用語,就會促使學生進入自我反省,而學生通過自省得到的正確解答會讓學生獲得“豁然開朗”的成功喜悅．

2016-12-12)