启发学生物理思维的实践研究.doc

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娜内容提要在物理学习中，无论是知识的获得，还是知识的运用，都需要学生进行积极的思维。启发就是指通过教师的作用使学生产生积极的思维。本文利用案例分析的方法，通过自己授课时的现场观察、与学生交谈，了解学生思考过程、以及对所收集资料的分析反思，讨论了我的学生的思维特点以及物理教学中启发学生思维的方法。研究发现，设计启发性问题必须针对学生的思维特点。针对学生“先前经验不足”这个特点，首先要了解学生的“先前经验”，以排除思维之路的障碍；对于“无法自己找到解决问题方向”的学生，要提示学生解决问题的方向，或是启发学生自己找到方向；对于“思维不连贯”的学生，要在学生思维的断点给予启发，进而帮助学生解决问题。另外，对于“思维目的性不强”的学生，可以在启发思路上，强调思维目标依据思维目标提出启发性的问题，进而为了解决目标寻找办法。关键词：启发 思维特点 中学物理 一问题的提出与研究思路常常听到这样的说法“要让学生做学习的主人”，我很支持这种说法。受学校教育的熏陶和上学期听一位老教师的课的影响，我感到，教师和学生一起在课堂中度过的一个个四十五分钟，其真正的目的是以知识为载体，使学生学会思考问题、解决问题。而思考问题、解决问题必须要发挥学生的主观能动性，即“让学生做学习的主人”，尤其是在物理学习中，无论是知识的获得，还是知识的运用，都需要学生进行积极的思维。 在这里，我禁不住想起了亲身经历的一件事。我这学期到一所中学做支教教师，负责我的学校里高一年级三个班的物理课程。最近，我们学习了万有引力定律。在讲到地球的第一宇宙速度时，我先向学生说明了第一宇宙速度的定义物体在地球表面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。在这里，我向学生解释“在地球表面附近做匀速圆周运动”的意思就是“擦着地球表面，即以地球半径为轨道半径做匀速圆周运动”。 我运用这种方法在前两个班讲过后都“安然无事”。但是，到了第三个班，当我讲到卫星的轨迹半径的最小值是地球半径时，突然有个学生很怀疑，他问道：“老师，卫星能擦着地面走吗？” 一开始，我觉得很高兴，因为这个学生提出的问题给我后面要讲的内容“搭了一根线”，使我的课进行得很流畅。可是，下课以后我却有些失落，提出质疑的学生是不是有些少了？人造卫星是绝不可能擦着地面运行的，而我又说的很明白，当卫星的轨迹半径等于地球半径时，对应的速度是第一宇宙速度。这两点看起来是绝对矛盾的啊！为什么这一百多个学生里，只有一个对此提出了质疑?!我不禁思索：是他们认为老师说的都是真理，从来就没想过要质疑老师？还是他们从来就没看到这么明显的矛盾？无论哪种猜测是对的，都说明了一点学生没有发挥“学习的主人”的地位。在新课程标准中提到：“物理学科教学要在课程实施上注重自主学习”，1所以，新课程更提倡“探究式教学”。但是，这种教学模式与现实教学条件的差距很大，我们不可能保证学生所学知识完全是由他们自己“探究”出来的；另外，教师传授知识仍然是一种重要的教学方式。所以，设置具有启发性的教学环节，让学生多思考，并且引导他们逐步掌握解决问题的方法即实施启发式教学，是我们一贯的教学原则。可是，我们常常会遇到这样的情况，当我们利用某一个自己认为很具有启发性的教学手段时，总是看到学生匪夷所思的歪着脑袋，皱着眉头，可能他们心里在奇怪：“老师究竟想让我做什么？”。虽然我们有启发学生的意识，但是由于我们启发的思路学生无法接受，或给学生的启发不到位，我们的启发并没有收到很好的效果。那么，学生的思维障碍究竟在哪儿？于是，如何通过教师的作用使学生积极、主动、自觉地思维就成了我们关注的一个问题。由维果斯基的“最近发展区”理论，儿童的心理包含两个发展水平：一个是现有的水平，即儿童能独立完成老师提出的智力任务；另一个是潜在的水平，处于形成状态和成熟的过程中，表现为儿童还不能独立完成的智力任务，但在老师的帮助下，在集体活动中，通过模仿和自己的努力才能完成任务；这两个水平之间的幅度就叫做“最近发展区”。2我们教师的任务就是发现学生的“最近发展区”，帮助学生独立思考、解决问题，使学生的“最近发展区”转变为学生的“现有水平”。总结前人的经验，设计启发性教学环节首先要启发学生发现矛盾，这是思维的开始；矛盾一旦出现，我们就要启发学生找到解决矛盾的思路，使思维得以延续；最后，寻找解决矛盾的方法，使延续的思维向纵深发展，使矛盾得以解决。本文利用案例研究的方法，通过自己的授课时的现场观察：如果“启发”后学生能进行积极的思考，依据“启发”而分析最后得出结论，那么就说明启发有效果；对学生的访谈调查：了解学生的想法、在某个问题上学生是否受到了启发、如果没受到启发，是因为什么原因；以及对所收集资料的分析反思，讨论了我的学生的思维特点以及物理教学中启发学生思维的方法。二 研究过程经过一段时间的实践，我发现我的学生的思维有以下几个特点：（一） 思维之路的障碍先前经验不足可以解决某一个目标问题的经验叫做这个目标问题的先前经验。如下图1：对于学生而言，先前经验有已获得和未获得之分。未获得经验又可分为必需经验和非必需经验。必需经验指已获得经验不足以解决问题时必需具有的经验，而非必需经验是指可以解决目标问题的经验，但是已获得经验也可以解决问题。相比程度较好的学生（如我听课学校的学生），我的学生基础比较差，他们的已获得经验经常不足以解决问题，我把这种现象称为“先前经验不足”。已获得经验未获得经验必需经验非必需经验目 标 问 题先 前 经 验图1 先前经验分类图“先前经验不足”是“思维之路”的障碍。我们都有这样的经验，在思考一个问题时，可能是一个小小的基本概念问题或技术问题没弄明白，就以为整个问题很难理解，于是思维无法持续下去。基本的事情不理解或基本的方法不掌握，思维就像一条布满沼泽的路，一旦陷入就无法走到目的地。所以，在开始思维之路之前，首先要排除这些障碍。下面通过几个我的教学案例，讨论学生“先前经验不足”这个特点以及相应的对策。 案例、 在讲授万有引力定律的应用时，有一类利用比值的方法求解的习题，如下题：例：某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，则该行星的第一宇宙速度是多少？此行星表面重力加速度是多少？ 学生在做这道题时，遇到了这样一个问题：如果设行星为、地球为，那么由“行星的质量是地球质量的6倍”有学生看不懂这个比值，怀疑这个比值是否代表“行星的质量是地球质量的6倍”，他们仅可以把“行星的质量是地球质量的6倍”翻译为却不知道，“”与“”是等价的。案例2、 在讲授开普勒第三定律“”时，我们讨论了“R3”和“T2”的关系。学生都认为R3与T2成反比，可如果把此式变形为“”，他们马上就能反应过来，R3与T2成正比。通过课下和学生的交流，我发现这是因为他们认为，只要两个量分别在分数线的上面和下面，那这两个量就应该是成反比关系的，如在“”中，当k一定时，y与x成反比。所以，当他们看到“”时，马上就认为R3与T2成反比；而在“”中，k为常数，那么y与x成正比，是他们所熟悉的结论。所以，一旦把等式变形为“”后，学生就能反应过来R3与T2是成正比的。案例3、 在讲授“杆连接小球做竖直面上的匀速圆周运动”的问题时，我们做了这样一道题：如果已知小球在最高点做匀速圆周运动所需要的向心力即小球受到的合力的大小和方向，又知道小球只受两个力的作用，一个是自身重力，大小方向已知，另一个是杆对球的作用力，求解杆对球的作用力的大小和方向。学生对这个问题不知如何下手，但是如果把这道题改一下，变成：如果已知小球在最高点只受两个力的作用，一个是自身重力，大小方向已知，另一个是杆对球的作用力，大小和方向已知，求解小球在最高点时所需要的向心力即小球受到的合力的大小和方向。学生就能够很快做出来。他们只有用某一种形式看一个事物的经验，没有用其他形式看事物的经验。所以，虽然是同一件事，只是换了一种形式，他们就不认得了。 针对学生“先前经验不足”这个特点，我的办法是：如果学生的已获得经验足以解决问题，那么不必强迫学生练习用他们所不熟悉的“非必需经验”解决问题，这样做不仅尊重了学生的个性发展，而且还为我们讲解更重要的物理方法、思想节省了时间。如案例（1），完全可以用学生熟悉的“”解决问题；如果必需使用“必需经验”解决问题，那么首先要想办法让学生理解“必需经验”。如案例（2）中，首先给学生呈现他们所熟悉的“经验”，然后要使学生明白，熟悉“经验”与“必需经验”是等价的；对于（）案例中，求解分力的基本方法，就必须要求学生掌握了，毕竟矢量的合成与分解都是高中物理学习的基本要求。在这里，仍要由学生最熟悉的求解几个分力的合力的问题入手，在学生理解两个分力之和就是合力后，再反过来说，合力减去其中一个分力就是另一个分力。（二）思维的开始的障碍无法找到思路的方向 常常听我的学生对我说，“老师，您讲的我能明白，但要是让我自己做，我肯定做不出来。”这是为什么呢？我反问自己。案例4、一次，我给一个学生讲地球表面重力加速度随纬度的变化。我问他：“如果不考虑地球自转，地球表面物体的重力大小等于地球与物体之间的万有引力；如果考虑地球自转，地球表面物体的重力大小和地球与物体之间的万有引力有什么关系？”他想了想说：“这怎么说啊？”我问他：“不知道从哪儿开始说是吗？”他点了点头。于是我提示学生注意：“地球转或不转对地球表面物体的受力情况有什么影响？”他基础比较好，马上能说出：“地球转，物体随地球一起转，物体需要向心力；地球不转，物体不需要向心力。”清楚这一点，问题就迎刃而解了。当我为学生指明了思考的方向后，接下来的问题他都能独立的解决，所以，学生遇到问题不知从哪里开始思考，这可能是他们自己不能解决问题的一个原因。有人曾经说过，在浩瀚的大海上航行什么最重要？方向。对于思考也一样，思考的方向是最重要的。如果没有了方向，思考者就象一个在大海上流浪的水手，何时才能到达彼岸是没有定数的。所以，我们必须帮助学生找到思考的方向。通过下面这个案例，讨论针对学生不能独立找到思路的方向这个特点的教学对策。案例5、“绳拉球”问题中，求解通过最高点时的最小速度问题在研究竖直面上的圆周运动问题时，有这样一个例题：例 ：质量为m的小球，用一根长为L的细线拴着，做竖直面上的圆周运动。求：小球通过最高点时的最小速度。在看到这道题后，学生的疑问是：“什么是通过最高点时的最小速度？”于是，我先给学生演示了绳拉小球在竖直面上的圆周运动并且演示了小球不能通过最高点，提示学生注意：“小球做这两种运动时有什么不同？”学生能看到，第一种小球做圆周运动，第二种小球不做圆周运动。我追问：“第一种通过最高点了吗？第二种呢？”。学生都能正确的回答，这时学生明白了“通过最高点”的含义。接着，我带领学生对小球在最高点时的受力情况进行分析。得出结论：-（1）接下来的分析，由于三个班各自的思维特点不同，我在三个班用了不同的方法。如下表1所示：表1 学生思维特点与教学策略对照表班级（班）思维特点教学对策课堂效果（4）思维特别缓慢和思维特别活跃的学生都有直接告诉结果，没启发任何思路没起到启发的作用，学生只是接受了我的讲解的结论，却不知道解决问题的思路（5）思维缓慢逐步启发思路起到了启发的作用，学生由我带着，一步一步的思考问题，最后分析出了结论（6）思维活跃启发解决问题的大方向起到了启发的作用，学生在我的一个启发下，自己分析出了结论在（4）班，我直接告诉学生当绳子对球的力为零时，对应小球通过最高点的最小速度，即 然后让学生理解。当学生听到这个结论时，呆呆的看着我，不解的问我 ：“为什么呀？老师！”。他们不知道这个结论是怎么得出的，我感到他们很想知道是怎么得出的结论。于是，我问学生：“如果小球的速度比这个速度大，小球能不能通过最高点？”学生肯定地说：“可以！”我又问：“如果速度比这个速度小呢？”学生回答：“不行！”于是，我说：“所以，这个速度是小球通过最高点时的最小速度，它既保证了小球能够通过最高点，又保证了它是速度最小的”。学生看起来比一开始明白一些了，也没有疑问了，但是，我感到他们是接受了我的结论，没有自己的思考。在（5）班，首先我让学生根据（1）式找出决定速度的因素。学生发现，在本题目中，小球质量m、绳长L和地球表面重力加速度都是定值，小球速度的平方与绳对球的作用力大小成正比。我问：“我们现在要求的是小球通过最高点时的最小速度，当小球具有这个最小速度时，小球在受力方面有什么特点？”学生没反应。我又问：“刚才我们说了，小球速度的平方与绳对球的作用力大小成正比可以说，小球的速度是由绳子对小球的作用力控制的。绳子的力越大，小球的速度就越大；绳子的力越小，小球的速度就越小。现在，我们要求的速度是小球的最小速度，那么对应的绳子的力是最小还是最大？”这回学生都明白了，当小球通过最高点是具有最小速度时，对应的绳子对球的力应该是最小的，最小值为零。这次感觉比在（4）班讲得效果好一些，我看到学生在思考。但是，他们的思考缺乏主动性。在（6）班，有个女孩儿在我带着分析前就提出了“当绳对球的力为零时，小球有通过最高点时的最小速度”，但是，她不知道怎么分析，只是“觉得”是这样的。我问：“既然题目说让我们求解小球通过最高点时的最小速度，那么就说明，小球的速度是可以变化的，是什么因素使小球的速度可以变化？”学生由式（1），得出结论：“小球的速度是由绳子对球的作用力决定的。绳子的力越大，小球的速度就越大；绳子的力越小，小球的速度就越小。当小球具有最小速度时对应着绳子对小球的力也最小，即为零。”因为（6）班的学生思维比较活跃，所以在这个班，学生自己想得就比较多，效果也最好。 经过课后对案例的反思，我感到在（4）班完全没有达到“启发”学生的目的，因为我只是告诉学生一个结论，然后让他们去理解，却没有让他们看到任何解题思路的迹象；在（）班，考虑到这个班的孩子思维比较缓慢，所以我给的“启发”有点多，整体感觉是我牵着学生的鼻子走。而在（）班，我只点了一下解题的方向，学生就能朝着这个方向独立解决问题。提示学生解决问题的方向要根据学生的水平，如果学生独立解决问题的能力较强，可以提示学生解决大问题的方向，而如果学生解决问题的能力不是很强，那么就把这个大问题化解成一个个小问题，然后，一一提示学生解决这些小问题的方向，最后解决大问题。学生能够独立找到解决问题的方向，是学生可以独立解决问题前提，这一点，有些学生可能还没法做到。我们可以先给学生提示，然后通过做练习培养学生寻找解决问题方向的能力。寻找思路的方向一般有这样几种依据：第一种、依据两个过程的区别，例如案例（4）中地球转与不转就是这两种情况的区别，而题眼也恰恰就在这个区别上；第二种、依据思考的目标，如案例（5），就是由所求“最小速度”出发，寻找决定“最小速度”的因素，从而解决问题的。当然还有一些其他的依据。我们在带着学生练习的过程中，要逐步使这个做题的思想渗透到学生的大脑中，最后，使学生掌握这些方法。这个过程可能很漫长，还需要我们耐心的等待的过程中，同时寻找更有效的方法帮助学生。另外，我觉得在（）班的提问思路比在（）班的更符合我们解决一般问题的思路，即矛头直准最终要求解的问题。而在（）班的提问，虽然也能解决问题，但是学生并不一定明白为什么从“找出决定速度的因素”开始。最令我感到惊讶的是，居然有一个孩子凭直觉“猜”出了结论。这提醒了我，培养学生的逻辑思维能力固然重要，但并不代表我们可以忽或鄙视学生的直觉思维，有不少科学成果不都是这两种思维结合而创造的吗？所以，直觉思维也是一个值得研究的方向，这将成为我今后的一个研究课题。（三）解决矛盾的障碍断续的思维如果矛盾已在心中，又有了解决问题的大体方向，下一步就是解决矛盾。我的学生的思维有一个很大的特点总是断断续续的，像断了线的珠子。如果想要完完整整的解决一个问题，必须使这些珠子穿起来，这里需要老师的启发来补充缺少的珠子，并把一个个珠子穿起来。下面通过这个教学案例，讨论学生“断续的思维”这个特点以及相应的对策：案例6、“杆连接”问题中的杆对球的作用力问题。仍然是“杆连接”问题，在学生思考“如何判断杆对球的力究竟是怎样的形式”时，有的说根据速度的大小判断，有的说根据小球所受到的合力判断，这两点都没有问题，但是，学生不能完完整整的说出，怎么根据速度的大小或小球所受到的合力判断杆对球的作用力的形式。速度所需向心力合力杆对球的作用力思维的断点图2 思维链条图事实上，如上图2，要判断杆对球的作用力的形式，首先要根据最高点小球的速度计算出小球做圆周运动所需要的向心力的大小；又因为，做匀速圆周运动的物体所受的合外力提供物体做匀速圆周运动所需要的向心力，所以，小球所受到的合力大小就是所需向心力的大小；再看小球在最高点受到两个力的作用，一个是竖直向下的重力，大小方向均已知，另一个就是杆对球的作用力，是我们要求解的；根据力的合成与分解，可以求解出杆对球的作用力的方向和大小，于是，杆对球的力究竟是怎样的形式也就得知了。所以在这里，我首先对认为“根据小球所受到的合力判断”的学生提出问题：“你说根据小球所受到的合力判断，这个思路没错，可是如何求解小球所受到的合力？”学生木然。而对认为“根据速度的大小判断”的学生提出问题：“你说根据速度的大小判断，如何判断？那么由小球速度的大小你能得到什么？”学生木然。于是，我补充了一个问题：“凡是做匀速圆周运动的物体都必须满足一个条件，是什么？”学生都能反应过来：“合外力提供向心力”但是，仍然没有人有思路，于是我继续提问：“刚才有些同学说了可以根据小球所受到的合力判断杆对球的力究竟是怎样的形式，但是，没法求解合外力，现在合外力提供了向心力，小球在最高点所需要的向心力的大小和小球的合力有什么关系？”学生恍然大悟：“一样！”这时，学生都能知道，只要由向心力公式求出小球在最高点所需要的向心力的大小，问题就解决了。所以，在启发性问题的设计应该起到穿针引线的目的，但不是杂乱无章的乱穿一通，而是要符合问题解决的逻辑性同时也要考虑学生的水平，设置适当的问题。（四）虎头蛇尾思维目的不明确最近，我们进行了期中考试，很多学生答得不是很理想，有些同学在课间找我聊天说：“老师，是不是我做题太少了？拿到考卷，做着做着题就不知道应该求什么了。”这让我想起，有一次我给一个在我的班上很好学的一个女生答疑，她让我给她讲这么一道题：案例7、一小球以初速度V0水平抛出，落地时速度的方向与水平方向的夹角为530，求：小球的水平方向位移与竖直方向位移之比？ 首先，我们按照一般做题的步骤，写出了有关平抛运动的所有公式：接着，我让她先分析题目中的条件。她能写出 然后，我没有给她任何提示，只让她自己往下做，谁知她把式子导了一下，求出了时间t，我真是哭笑不得。只得提醒她看看题目要求的是什么。谁知她的脑筋像不转了一样，还是没做对。我只好告诉她，题目让我们求的是“小球的水平方向位移与竖直方向位移之比”她这才“噢”了一声，可还是不会做。有关最后我是怎么给她讲明白的在这儿就不多说了。像她这种例子并不少，这让人很头痛。对于这样的孩子，我想，设计启发性问题的最好办法就是前面提到的“矛头直准最终要求解的问题”，深化学生对思维目标的明确性。三讨论通过研究，我本人对“如何针对学生的特点，启发学生思考”有了一定的认识。设计启发性的问题或环节要依据学生的思维特点。首先要了解学生的“先前经验”，以排除思维之路的障碍；然后对于无法自己找到解决问题方向的学生，要提示学生解决问题的方向，或是启发学生自己找到方向；最后，对于思维不连贯的学生，要在学生思维的断点给予启发，进而帮助学生解决问题。另外，对于思维目的性不强的学生，可以在启发思路上，强调思维目标依据思维目标提出启发性的问题，进而为了解决目标寻找办法。参考文献1 中华人们共和国教育部，普通高中物理课程