高中物理习题课如何培养学生科学思维

摘要:习题课在高中物理教学中占有很重要的地位,是巩固和强化物理知识尤为重要的一个环节,同时习题课也是培养学生物理核心素养的重要途径。在实际的习题课教学中,可以通过“类比法”和“比较法”很好地培养学生科学思维。

关键词:科学思维；习题课；类比法；比较法

习题课教学在高中物理教学中是必不可少的一个环节,利用习题课可以让学生巩固和强化所学知识并灵活运用。然而在实际教学中,教师往往采取题海战术。在这样的模式下,学生学习非常机械,难以把握相关物理知识和物理模型之间的联系,缺乏综合分析和推理论证的锻炼,对所学的知识、方法和技巧不能灵活应用。长期下来,学生科学思维能力得不到锻炼,学习物理的兴趣持续减弱。要想习题课教学高质高效,培养学生科学思维上就显得很重要。本文列举常见数学思维方法———“类比法”和“比较法”———在习题课教学中的运用实例,浅析习题课上培养学生科学思维的方式。

一、“类比法”在习题课教学中的应用实例

类比法是通过两个或两类研究对象进行比较,找出它们之间相同点和相似点,并以此为根据把其中某一个或某一类对象的有关知识和结论,推移到另一个或另一类对象上,从而推论出它们也可能有相同或相似的结论的一种逻辑推理和研究方法。类比法教学在高中习题课中也是一种非常重要的方法,可以以旧带新,启发思路,提供线索,帮助学生在类比的过程中找到解题的方法,同时也能加深对解题方法的理解、记忆及应用。

(一)抛体运动中的“类比法”应用

图1例1如图1所示,固定的光滑斜面,倾角为θ,斜面长为L,将一小球(可视为质点)从斜面上的A处,以一定的水平速度v0射出,并最终从B处离开斜面,求这过程小球的水平位移。分析由受力分析可知,小球在运动过程中所受合力F=mgtanθ,方向沿斜面向下。运动模型特点:初速度v0与斜面平底边行受力情况:小球所受合力为恒力,且沿斜面向下,与初速度的方向垂直有了以上分析,学生自然会想到与之相似的运动模型:平抛运动,通过比对得出相似的解决方法,即将小球在斜面上的运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿斜面向下的(即垂直于初速度方向)的初速度为0的匀加速直线运动。图2例2如图2所示,在一倾角为θ斜面的顶端,以初速度v0将一小球沿水平方向抛出,小球最终落在斜面上,已知重力加速度为g。求:(1)小球从抛出到离斜面最远位置时的时间(2)小球从抛出到离斜面最远的距离;分析:此题虽然表面上看是平抛运动,但根据所求解的问题,如果只是利用平抛运动规律,很难解出结果。如果换个角度,将斜面看成是水平地面,这样就和我们之前学过的斜抛运动类似,按照斜抛运动相似的处理方法,即将小球的运动分解为沿斜面向下和垂直于斜面向上的两个分运动。通过已经掌握的运动模型和规律,分析彼此的相似点和不同点,让学生自己找到解决问题的办法,这是对所学知识灵活应用的体现,同时这本身也是对学生解题能力的培养。类比可以很好地培养学生模型建构和科学推理能力。

(二)求变力做功中的“类比法”应用

变力作用下的运动问题一直是高中阶段的一个难点,主要原因对平均力的理解不够。因为学生对时间维度的平均接触得较多,因此可将平均力类比于直线运动中平均速度。平均速度的定义式为v-=ΔxΔt,而对于平均力,可类比其定义式为F-=Wx,从空间这个维度去定义变力的平均值。当物体受到的力的方向不变,而大小随位移成线性变化时,即力随位移均匀变化时,可以通过求出在这段位移内的平均力F-,用平均力求解此过程中这个力做的功:W=F-Lcosα。而在求解F-时,又可以类比匀变速直线运动求解v-的方法。例如:在匀加速直线运动中,汽车以初速度v0在平直的公路上行驶,某时刻开始做匀加速运动,经时间t,速度变为vt,求这过程的平均速度。由于速度随时间均匀变化,在一段时间内的平均速度v-=v0+vt2。类比可得:由于力随位移在均匀变化,故在这段位移内的平均力可以表示为F-=F1+F22,F1、F2分别为物体初、末态所受到的力。求解变力做功本身就是教学中的难点,求解变力做功的方法很多,需要根据力的变化特点,结合题中的运动模型,选择正确的解答方法。这里通过类比法,与匀变速直线运动中利用平均速度求位移进行比较分析,可以让学生找到解决办法的同时能加深理解。

二、“比较法”在习题课教学中的应用实例

比较法是通过对研究对象间的相同特征或相异特性的比较,揭示它们之间本质联系和区别的方法。物理中有许多物理量和物理规律具有可比性,在教与学的过程中,充分运用比较法,可以收到良好的教学效果。比较是一种方法,更是一种思维能力,教师要在教学中引导学生学会比较,善于比较,让学生在收获知识的同时,也收获科学的思维能力。学生在比较过程中也可以发现问题,找到解决问题的方法,可以巩固旧知识、学习新知识。例如在竖直面内的圆周运动中绳、杆模型临界状态的分析比较。又如带电粒子在匀强电场和匀强磁场中运动的比较:上述两对运动模型,从表面上看非常相似,学生也容易混淆,但是它们都有本质的区别,通过对比分析可以让学生明确它们的不同之处,找到各自的运动规律并建立不同的运动模型,这样学生的印象会更深刻,也更容易理解,而这个比较分析的过程本身也是对学生科学思维能力的培养。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)[M].北京:人民教育出版社,2017.

[2]赵寒.基于核心素养的高中物理习题教学研究[D].牡丹江:牡丹江师范学院,2021.

[3]王勇.比较法在物理教学中的应用[J].理科考试研究(初中版),2014(7).

[4]邰传智.浅谈用平均力求解变力做功问题[J].物理通报,2017(4):7980.

作者：梅伟 单位：六安中学