高中物理習題課如何培養學生科學思維

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摘要:習題課在高中物理教學中占有很重要的地位,是鞏固和強化物理知識尤為重要的一個環節,同時習題課也是培養學生物理核心素養的重要途徑。在實際的習題課教學中,可以通過“類比法”和“比較法”很好地培養學生科學思維。

關鍵詞:科學思維；習題課；類比法；比較法

習題課教學在高中物理教學中是必不可少的一個環節,利用習題課可以讓學生鞏固和強化所學知識并靈活運用。然而在實際教學中,教師往往采取題海戰術。在這樣的模式下,學生學習非常機械,難以把握相關物理知識和物理模型之間的聯系,缺乏綜合分析和推理論證的鍛煉,對所學的知識、方法和技巧不能靈活應用。長期下來,學生科學思維能力得不到鍛煉,學習物理的興趣持續減弱。要想習題課教學高質高效,培養學生科學思維上就顯得很重要。本文列舉常見數學思維方法———“類比法”和“比較法”———在習題課教學中的運用實例,淺析習題課上培養學生科學思維的方式。

一、“類比法”在習題課教學中的應用實例

類比法是通過兩個或兩類研究對象進行比較,找出它們之間相同點和相似點,并以此為根據把其中某一個或某一類對象的有關知識和結論,推移到另一個或另一類對象上,從而推論出它們也可能有相同或相似的結論的一種邏輯推理和研究方法。類比法教學在高中習題課中也是一種非常重要的方法,可以以舊帶新,啟發思路,提供線索,幫助學生在類比的過程中找到解題的方法,同時也能加深對解題方法的理解、記憶及應用。

(一)拋體運動中的“類比法”應用

圖1例1如圖1所示,固定的光滑斜面,傾角為θ,斜面長為L,將一小球(可視為質點)從斜面上的A處,以一定的水平速度v0射出,并最終從B處離開斜面,求這過程小球的水平位移。分析由受力分析可知,小球在運動過程中所受合力F=mgtanθ,方向沿斜面向下。運動模型特點:初速度v0與斜面平底邊行受力情況:小球所受合力為恒力,且沿斜面向下,與初速度的方向垂直有了以上分析,學生自然會想到與之相似的運動模型:平拋運動,通過比對得出相似的解決方法,即將小球在斜面上的運動分解為沿初速度方向的勻速直線運動和沿斜面向下的(即垂直于初速度方向)的初速度為0的勻加速直線運動。圖2例2如圖2所示,在一傾角為θ斜面的頂端,以初速度v0將一小球沿水平方向拋出,小球最終落在斜面上,已知重力加速度為g。求:(1)小球從拋出到離斜面最遠位置時的時間(2)小球從拋出到離斜面最遠的距離;分析:此題雖然表面上看是平拋運動,但根據所求解的問題,如果只是利用平拋運動規律,很難解出結果。如果換個角度,將斜面看成是水平地面,這樣就和我們之前學過的斜拋運動類似,按照斜拋運動相似的處理方法,即將小球的運動分解為沿斜面向下和垂直于斜面向上的兩個分運動。通過已經掌握的運動模型和規律,分析彼此的相似點和不同點,讓學生自己找到解決問題的辦法,這是對所學知識靈活應用的體現,同時這本身也是對學生解題能力的培養。類比可以很好地培養學生模型建構和科學推理能力。

(二)求變力做功中的“類比法”應用

變力作用下的運動問題一直是高中階段的一個難點,主要原因對平均力的理解不夠。因為學生對時間維度的平均接觸得較多,因此可將平均力類比于直線運動中平均速度。平均速度的定義式為v-=ΔxΔt,而對于平均力,可類比其定義式為F-=Wx,從空間這個維度去定義變力的平均值。當物體受到的力的方向不變,而大小隨位移成線性變化時,即力隨位移均勻變化時,可以通過求出在這段位移內的平均力F-,用平均力求解此過程中這個力做的功:W=F-Lcosα。而在求解F-時,又可以類比勻變速直線運動求解v-的方法。例如:在勻加速直線運動中,汽車以初速度v0在平直的公路上行駛,某時刻開始做勻加速運動,經時間t,速度變為vt,求這過程的平均速度。由于速度隨時間均勻變化,在一段時間內的平均速度v-=v0+vt2。類比可得:由于力隨位移在均勻變化,故在這段位移內的平均力可以表示為F-=F1+F22,F1、F2分別為物體初、末態所受到的力。求解變力做功本身就是教學中的難點,求解變力做功的方法很多,需要根據力的變化特點,結合題中的運動模型,選擇正確的解答方法。這里通過類比法,與勻變速直線運動中利用平均速度求位移進行比較分析,可以讓學生找到解決辦法的同時能加深理解。

二、“比較法”在習題課教學中的應用實例

比較法是通過對研究對象間的相同特征或相異特性的比較,揭示它們之間本質聯系和區別的方法。物理中有許多物理量和物理規律具有可比性,在教與學的過程中,充分運用比較法,可以收到良好的教學效果。比較是一種方法,更是一種思維能力,教師要在教學中引導學生學會比較,善于比較,讓學生在收獲知識的同時,也收獲科學的思維能力。學生在比較過程中也可以發現問題,找到解決問題的方法,可以鞏固舊知識、學習新知識。例如在豎直面內的圓周運動中繩、桿模型臨界狀態的分析比較。又如帶電粒子在勻強電場和勻強磁場中運動的比較:上述兩對運動模型,從表面上看非常相似,學生也容易混淆,但是它們都有本質的區別,通過對比分析可以讓學生明確它們的不同之處,找到各自的運動規律并建立不同的運動模型,這樣學生的印象會更深刻,也更容易理解,而這個比較分析的過程本身也是對學生科學思維能力的培養。

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作者：梅偉 單位：六安中學