变式在物理教学中的运用

变式在物理教学中的运用摘 要: 所谓变式，就是变换同类事物的非本质特征,以便突出本质特征。在物理教学中运用变式可使学生更深刻地、牢固地理解物理概念与规律。通过变式变换同类事物的非本质特征，使非本质特征的种类既要全面，又要突出主要的、常见的，且遵循从简到繁、从易到难的原则。同时，非本质特征变换并非越多越好，那样不利提高教学效率，而要精选变式例子。在运用时既要善变，又要万变不离其宗。本论文将从变式在物理概念教学、物理教学质量检测中的运用以及运用变式原则等问题作系统地、但又是初步地探讨。关键词： 变式 物理教学 运用1.运用变式的原则1.1运用变式进行教学时非本质特征的种类既要全面，又要突出主要的、常见的。 例如，在初中讲授凸透镜（凹透镜）的概念时，教师应告诉学生，在空气中，由于凸透镜对光线有会聚作用，而被称作会聚透镜，凹透镜对光线有发散作用而被称作发散透镜。但是，凸透镜的会聚作用与凹透镜的发散作用只是在某一环境条件下（制作透镜的材料的折射率大于周围介质的折射率）发生的光学现象，而在透镜的折射率小于周围介质的折射率时，现象正好相反。这样关于凸透镜（凹透镜）的性质就有更全面的理解，为学生的后续学习做一铺垫，进而在其后的学习中就不会产生思维定势，造成物理知识的错误迁移等问题。但是变式的非本质特征的种类不全面，就会产生两种不良的效果：一是不合理地缩小概念的外延，即把应该包括的对象没有包括进去。 例如，物理教学中，由于教师经常爱用汽车、皮球、石子等运动现象来说明“惯性”的概念，因此学生把惯性理解为固体所具有的属性，而不认为气体、液体同样具有惯性. 二是不合理的扩大概念的外延，即把不应该包括的对象却被包括进去。 例如，教师在讲“磁体”概念时，只是运用各种具有磁性的金属物体来说明，如不用一些不具磁性的金属物体加以区分的话，则学生往往认为凡金属物体就是磁体，或者以为凡是铁质的东西都是磁体。 同时，在举同一个变式的例子时还要突出主要的、常见的。例如在讲导体时，既要举金属类型导体，又要举非金属类型导体，还要举溶液类型导体。同时，各个类型的例子既要是常见的又要是主要的，从而便于学生理解，达到事半功倍的效果。1.2并非事例越多越好、变化越多越好，那样不利提高教学效率，而要精选变式例子。 变式是重要的。但是变式的成效不取决于其运用的数量，而是在于其是否具有广泛性、典型性，能否使学生在理解概念与原理时摆脱感性经验片面性的消极影响。 例如，在列举金属类型的导体时，我们只须举具有广泛典型性的、常见的、特殊的，比如金、银、铜、铁、铝、汞（特殊）等。用不着将其所有金属一一列举。同样，在讲惯性时，由于惯性例子在我们生活中多不胜数，而用不着将所有惯性例子一一列举。这样学生会感到枯燥无味，不利于他们思维的发挥。同时，由于课堂时间有限，不允许毫无节制地大量举例，那样不利于提高教学效率。所以，要精选变式的例子。 例如,砖平放、侧放、竖放在地面上，砖对地面的压强有什么不同? 变式1 当砖平放在地面上时，若把左边一半截去，剩下的部分对地面的压强如何变化?若把上面一半截去，剩下部分对地面压强如何变化? 变式2 如果这块砖的长、宽、高之比是4：2：1、那么平放、侧放、竖放在地面上，砖对地面的压强之比是多少? 变式3 已知砖的长、宽、高之比是4：2：1，现把4块砖叠放起来平放，2块砖叠放起来侧放，1块砖竖放，它们对地面压强之比是多少? 变式4把相同的砖叠放起来平放,当砖顶面高出地面的距离为h时,对地面的压强是多少?已知砖的密度是。 通过一题多变，学生在各种不同的问题情境中加深了对压强概念的理解，并熟悉了压强公式的运用。变式3和4的结论是很有意义的。它说明计算密度均匀的柱形固体对支承面的压强可采用pgh。 此外，变式的运用也不必都在讲授过程中进行，有些也可以安排在练习作业中让学生来作。在应用变式时，还要对学生提出明确的要求，并有效地引导学生观察，思考，才能使变式达到预期的效果。1.3变式中的例子可分阶段分别列举。 初、高中学生正处于青年初期和青年期，学生的思维形式正处于由具体的形象思维为主转向抽象的逻辑思维为主的快速发展阶段，他们在感知和观察方面比初中生更富有目的性、系统性、全面性和深刻性。在记忆方面，机械记忆仍然在使用，但理解记忆的应用越来越多，这意味着学生的身心发展为他们在初中学习物理提供了一定的物质基础。但由于心理发展不是单纯随年龄增加，况且这种发展的不同个体有极大的不平衡性，因此，初中学生特别是初三的学生虽然在年龄上已经划到了青年期，其实在心理发展程度上更接近初中生，他们的抽象思维正从经验型向理论型过渡,且经验思维仍占有很大的优势，他们对初中物理的难度高、较抽象的特点缺乏思想准备和心理接受能力。 另一方面，在学生的学习过程中，学生已获得的知识、方法、动作技能、情感和态度等，对新的学习会产生影响。变式内容应与学生的现有基础相适应，因此，有些部分的变试教学内容不能一节课或一次性地将其全盘拖出，而需分阶段进行。 例如，在功的教学过程中，就可以将其分为四个阶段进行教学。第一阶段，先讲在直线运动中恒力做功的情况。第二阶段，再讲变力以及曲线运动做功的情况。第三阶段，在讲完冲量定理后，学生理解冲量是力对时间的积累效应。在此，教师再有意识地引导学生比较后，知道功是力对空间的积累效应。第四阶段，须在对能的教学后，从能的角度来进一步理解功的实质，即功是能量变化的量度。 据此，教育必须依据学生心理发展和认知结构的规律，遵循由具体到抽象，变式中的例子应由浅入深，由简到繁，由低级到高级的顺序，“不揠苗助长”，“不凌节而施”，努力做到因材施教。因此，在物理教学中变式中的例子要分阶段进行。2要培养学生从万变中识宗及万变不离其宗的能力。 所谓“万变中识宗”，是针对学生认识现象形成概念得出规律而言的；所谓“万变不离宗”，是针对学生运用所学的物理知识而言的。尽管摆在我们面前的物理现象、习题浩如烟海，模型的花样翻新、可谓五花八门，但其教学中的设计方法，大都采用变式，即依据提出的典型（或理想化）模型交替变更具体材料的形式，设计不同的变式例子，以显示其物理本质。其目的在于帮助学生扩大视野、加深理解、巩固知识、增强思维变通性，进而促进创造性思维能力的发展。 例如，U/R中，有I与U成正比，I与R成反比，但在密度m/定义式中，与、的大小无关。此时就要给学生讲明电流和密度的实质，即电流是一个变化量，而密度是一个固定量，也就是说只要物质确定了密度就不会发生变化。 又如，在讲“匀速直线运动”概念时，不妨偶尔也使用“加速度为零的运动”的说法。因为经此变换能更深入地认识匀速直线运动的本质。 再如，在“大气压的测定”这节课的教学中，如果教师按教材的编写依葫芦画瓢，直接运用托里拆利实验获得结论，虽然能测得大气压值，并能理解测量过程及原理，但这种生硬的灌输式的教学，学生只能知其然，达不到知其所以然的目的，更不可能有效地培养学生的创造性思维能力。如果变讲述为下面的变式教学，则教学效果就会有很大的不同：（1）将一开口玻璃管插入水银槽中，分析为什么管内外水银面相平（连通器原理）。（2）把玻璃管中安上一活塞，向上拉动活塞，分析为什么水银柱能上升。（3）分析当玻璃管足够长，是否当不断向上提拉活塞时，水银柱能不断上升。（4）在水银柱不随活塞的上升而上升时，你能从中悟出什么。（5）设想一下，怎样使管内水银面以上部分达到真空状态，从而精确地测得大气压值。 因此，教师在教学当中，既要使呈现在学生面前的事物多变，在运用时要善变；又要把握一个原则，即万变不离其宗。同时要引导学生认识到：形异实同的大量同类事物，虽然多变，但万变不离其宗。3.变式在物理教学质量检测中的运用 现在，中学考试大纲在把“命题指导思想”更改为“命题要求”，并将“命题要求”的具体内容表述为“要以能力测试为主导，考查考生对所学相关课程基础知识、基本技能的掌握程度和综合运用所学知识分析、解决问题的能力。要重视理论联系实际，关注科学技术、社会经济和生态环境的协调发展；要重视对考生科学素养的考查”。因而变式在物理教学质量检测中就会得到充分的运用。其运用如下： （1）考同样的知识点和能力，其考试方式变化（笔试、口试、操作、制作）。 （2）考同样的知识点，笔试中有计算题、选择题、问答题等变化。 （3）用同一物理现象（或物理条件，物理背景）可用来考不同的知识点和能力。 例如，一质量为M的小球从距离地面H高度的楼上由静止下落，问：当刚要落地的瞬间小球的速度？（可分别用自由落体运动规律和能量守恒定律解） （4）在学生实验的基础上对实验加以改变，但万变不离其宗（这个“宗”，就是在中学阶段学过的实验原理和方法）。 在学生实验的基础上加以改装，可以在条件或器材上加以限制。例如，对学生实验“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”，可以改成用电压表和电阻箱测定电池的电动势和内阻。 给定器材，要求考生根据所学知识自行设计实验方法和过程以完成实验。例如，将验证玻意耳定律的实验改为测定当地的大气压的实验。 只提实验目的，要求考生自行选择实验器材、安排实验步骤、设计实验数据处理方法以及分析实验误差。例如，要求测定木块与桌面之间的动摩擦因数。参考文献: 1 叶春放，形式逻辑与物理教学，成都：成都科技大学出版社，1997 2 全国教育学院心理学教材协作组，学校心理学，北京：教育出版社，1981 3 刁隆信，马克思主义哲学，重