高中物理习题课教学中如何进行科学思维培养

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  摘 要:高中物理习题课教学中要层层递进,让学生建立思维的“坡度”;要多角度的发散类比,扩展学生思维的“广度”;要科学技巧地挖掘学生的思维“深度”;要引导学生从多角度思考问题,鼓励创新解题,提升学生的科学思维“高度”。
  关键词:科学思维培养;坡度;广度;深度;高度
  高中物理习题课教学主要分为直接教学和共同学习两部分。直接教学是以教师为主体,按照教学计划引导学生完成教学任务。共同学习是以学生为中心,教师引导,师生互动,学生之间讨论互助完成教学任务。
  习题课教学要创设更多的机会让学生动脑、动口、动手,提出问题应给学生留下充分的思维空间,让它们在主动探索和讨论中使问题有效解决。针对不同的教学内容、任务和目标可选择“分析讨论”“讲练结合”“讨论归纳”“板演评议”等方法进行。
  思维指的是人的思考方式,首先它是包含诸如归纳、演绎、分类、推理等各种心理活动的过程,同时,思维也是一个对真实事物和事件进行抽象反映(通过语言和数学),并运用这些抽象反映来揭示事物和事件本质规律的过程,它是一种在合理推论或判断基础上进行分析批判并得出结论的能力。物理是高中各学科中最抽象的学科,它对学生的思维品质有很高要求。思维质量的优劣决定学生能力高低,因此,教师在习题课中一定要加强对学生科学思维的培养。
  在习题课教学中,教师应如何对学生进行科学思维培养呢?
  首先,习题的设计要层层递进,让学生建立思维的“坡度”。
  例如,在“带电粒子在电场中偏转”这节习题课中,设计这样一道习题。
  一平行板电容器长为l,两板间距离为d,两板加有u的电压且上板电势高。一质量为m电量为q的带电粒子以速度v0垂直电场线由两板中央进入电场(不计粒子重力)。
  问题(1):粒子在电场中做何种运动,速度变化有何特点?
  问题(2):如带电粒子穿过平行板电容器,则其运动时间为多少?如带电粒子打在极板上,其运动时间又为多少?
  问题(3):如带电粒子穿过平行板电容器,在电场方向发生的位移为多少?偏转角多大?
  问题(4):如带电粒子穿过平行板电容器,其电势能变化多少?
  问题(5):以带电粒子进入电场为0时刻写出其穿过平行板电容器的过程中动能随时间变化关系式。
  问题(6):如带电粒子初速增为原来的2倍,求其离开电场时的动能。
  设计的这一系列问题由易到难,由简到繁,层层推进,环环相扣,给学生建立思维的坡度,有利于促进学生思维的发展,并养成良好解决问题的思维习惯。
  其次,习题的设计要多角度的发散类比,扩展学生思维的“广度”。思维发散主要包括纵向发散和横向发散,类比是指在共同物理模型基础上进行知识的迁移。
  这样设计习题,能够一题多变,思维发散,对比归纳,思维求异,进一步提升学生思维的灵活性和变通性,真正的改善学生的科学思维品质。
  第三,习题的设计要有科学技巧性,从反面挖掘学生的思维“深度”。建构主义学习观认为,学生的错误不可能单独依靠正面的示范和反复的练习得以纠正,必须有一个“自我否定”的过程,这样,科学思维才有深度。
  例题,经检测汽车甲的制动性能:以标准速度20m/s在平直公路上行驶时,制动后40s停下来。现甲在平直公路上以20m/s的速度行驶发现前方180m处有一货车乙以6m/s的速度同向匀速行驶,甲车司机立即制动,是否会发生撞车事故?
  某同学解答如下:
  解:当甲车停止时发生位移 X1=v1t/2=400m
  乙车发生位移 X2=v2t=240m
  X1-X2<180m 所以两车能够相撞
  请问这位同学解答是否正确?
  本题这样设计,让学生自己去寻找错误的原因,在批判的基础上进行反思,使学生的思维更加丰富,当然也就更加深刻。
  第四,习题教学要引导学生从多角度思考问题,鼓励创新解题,提升学生的科学思维“高度”。创新性思维是指一个人在已有经验和一般思维逻辑规律的基础上,用一种灵活新颖的思维方式来解决问题、探索求知的思维活动,是思维的高级层次。在习题教学中,教师要有意识突破常规,巧妙设题,引导学生求新求异,激活新思维。
  例如,我们这样来设计“测电源的电动势和内电阻”的实验设计习题课题目,逐步扩展,层层深入,思维创新。
  1.基本方法常规思路
  设计题目:用下列器材测电源的电动势和内阻。 被测电源(电动势约3V ),电压表(0~3V, 0~6V),电流表(0~0.6A ,0~3A),滑动变阻器(0~20Ω),开关,导线若干, 画出实验电路及主要步骤
  2.巧用定值电阻,电路创新
  扩展题目:测量电源的电动势E及内阻r(E约为4.5V,r约为1.5Ω)。器材:量程3V的理想电压表,量程0.5A的电流表(具有一定内阻),固定电阻R=4Ω,滑线变阻器R,电(下转第81页)(上接第39页)键K,导线若干。
  ①画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。
  ②实验中,当电流表读数为I1时,电压表读数为U1;当电流表读数为I2时,电压表读数为U2。则可以求出E=______,r=_____。(用I1,I2,U1,U2及R表示)
  3.电表改装,测量仪器创新
  创新题目:利用伏安法测量干电池的电动势和内阻,现有的器材为:干电池:电动势约为1.5V,电压表:量程1V,内阻998.3Ω,电流表:量程1A,变阻箱:最大阻值99999.9Ω,滑动变阻器:0~20Ω,单刀单掷开关1个,导线若干。设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内,要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。
  设计性试验,考查的是学生创新型的理念和灵活机智的科学思维,在平日的教学中必须刻意的培养,积极地引导,才会有好的效果。
  总之,在习题课教学中,要综合考虑习题的内容、难度和教学方式,注重策略的连续性,在实现目标过程中形成合力,最大限度的提高教育效果。同时,在教学方式上,应倡导学生积极主动参与、亲身体验的教学方式,注重学生科学思维的培养,最终使学生养成正确和严谨的科学思维观。
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