初中物理习题教学利用错误资源的实践探究

　　物理习题教学是通过对习题的分析，帮助学生进一步巩固、深化对物理概念和规律的理解，是培养学生综合能力的重要途径。学生答题过程中会出现各种错误，教师要有资源意识，积极分析错误原因，并设计有针对性的教学，使学生形成正确认识，这就是对错误资源的有效利用。笔者以杠杆习题教学为例，谈一些实践体会。
　　一、错误资源的构建
　　按纠错难度，可以把错误分成两类：一类为浅显错误，即只要教师指明原因，学生马上豁然开朗，比如看错题目、计算错误等；另一类为深层次错误，由学生认知结构、思维能力等方面造成，不是简单几句话就能使学生明了的，教师要花时间找原因，并精心设计教学，这类错误更有教育价值，是构建错误资源的主体，本文所谈的错误指深层次错误。造成这类错误的原因有以下几方面。
　　1.学生缺乏生活体验
　　很多学生课余生活单调，不是被督促在家做作业，就是奔波于各类补习班，分数是生活主旋律。平常衣来伸手，饭来张口，很少参与体力劳动，接触生活、体验生活的机会较少，对生活的感知能力逐渐下降，失去了关注生活的兴趣。物理源于生活，没有丰富的体验作基础，是难以想清某些物理过程的。生活中的许多杠杆，如扫帚、钓鱼竿、指甲剪、开瓶扳手等，虽然常见，但如果没有经历或体验，又不善于观察，在分析杠杆时就会产生障碍。
　　2.前概念的负面影响
　　前概念是指学生在没有接受正式的科学概念之前，对日常生活中所感知的现象，通过长期的经验积累与辨别式学习而形成的非本质认识。这些概念有些是正确的，它有助于学生形成概念、掌握规律，是学生进行物理学习的基础，但前概念毕竟是生活经验，是在观察和思考的基础上自发形成的，没有经过严密的科学分析与实验证明，所以前概念多数是肤浅的，带有片面性，有的甚至是错误的。学生一做题，这些前概念就会产生影响，引起错误。比如，学生认为阻力方向总是与动力方向相反。
　　3.物理情景复杂或相互干扰
　　物体静止或匀速直线运动时，涉及的物理量一般不变。而在杠杆习题中，经常有杠杆转动的情况，这就要求学生有较强的想象力，判断杠杆下一时刻的位置及物理量的变化。但当学生画出几个位置的力和力臂时，草图已面目全非，引起思维混乱。另外，有许多情景相似的杠杆动态问题，对学生产生干扰，增加难度。
　　一些简单的生活物品往往综合了几个杠杆，有的为同质，有的为异质，而且动力和阻力发生了改变，比如，夹子、剪刀、老虎钳由两个同质杠杆组成，而指甲剪、垃圾桶则由异质杠杆组成。特别是异质组合，几个杠杆同时工作，过程复杂，学生先要找准每个杠杆的支点，然后针对具体情况分析动力和阻力，其中还涉及相互作用力方向的判断，这给学生的解题带来很大困难。
　　4.不会用物理模型思考问题
　　习题较难的一个重要原因是学生对题目意图不理解，不能把题目中的对象和过程简化成理想的物理模型。实际上，千变万化的物理习题都是在物理模型基础上，融合生活事例，给出具体条件，提出求解的物理量，而解题的过程就是将题目隐含的物理模型还原，根据对应的物理规律求得结果的过程[1]。学习用简单的物理模型解决问题，为学生进入高中夯实基础。有些题目将杠杆隐藏起来，初学者往往经验较差，想不到建立杠杆模型，比如探讨滑轮的本质、给飞轮调整重心等。学生一遇到建模就感到棘手，思路打不开。
　　二、物理习题教学中有效利用错误资源的教学策略
　　1.创设体验活动，丰富学生感知
　　新授课中教师会设计一些体验活动加深印象，而在习题教学中，往往是机械讲解，没有将习题转化为体验活动的意识，授课形式单调，效果不理想。杠杆习题教学中可以开展拔钉子、开瓶盖、扫地、模拟钓鱼等活动，让学生体验杠杆绕支点转动的过程，体会使用杠杆的优势和局限性。
　　常见杠杆可以让学生操作，但一些逐步被时代淘汰或者某区域很少见的杠杆，学生难以体验。比如，抽井水的抽水机，随着城市化进程的加快，这种设备越来越少，农村学生也没有深刻印象，城镇学生就更不用说了，学生很难凭空想象其工作过程，阻力方向判断出错是情理之中的事。又比如，铁路建设中使用的道钉撬，在没有铁路的地区，学生可能都不知道它长什么样，用途是什么，仅靠题目描述是不够的。再如建筑工地上的起重设备塔吊，行色匆匆的学生会有时间和心情观察其结构吗？生活中的许多杠杆，对学生来说熟视无睹。出现这种情况，仅靠教师讲解，很抽象，应通过多媒体课件或实物模型来间接体验，弥补学生生活经验的不足，学生就会豁然开朗。
　　2.重视教师引导，完成概念转变
　　要转变前概念，只靠学生自己是行不通的，因为学生的前概念已根深蒂固，必须介入教师引导，让学生发现已有经验的不足甚至错误，激发对前概念的矛盾或不满情绪，使学生自觉修正和完善前概念。
　　例1.如图1，杠杆OA可绕支点O转动，B处挂一重物G，A处始终用一竖直力F。当杠杆和竖直墙之间夹角缓慢增大至直角时，为了使杠杆平衡，则（A）
　　A.F大小不变，但F　　B.F大小不变，但F>G
　　C.F逐渐减小，但F>G
　　D.F逐渐增大，但F　　学生判断F和G的大小时，存在错误前概念：杠杆缓慢向上运动，说明F>G；若杠杆缓慢往下掉，则F　　学生活动：（1）手拉动钩码沿不同方向运动；（2）模仿本题情景，在杠杆下挂相同钩码，另一端用手拉动。提出问题：钩码与杠杆的运动形式相同吗？
　　让学生大胆表达有何不同，教师补充修正：钩码内所有的点运动状态相同，这种运动称为平动；而杠杆上所有的点都绕固定的点或轴做圆周运动，这种运动称为转动，这是运动的两种基本形式。此处不宜拓展，点到即可。
　　教师过渡：物体匀速平动和杠杆匀速转动时的条件相同吗？
　　对比探究：测力计下挂几个钩码，缓慢直线运动，比较F与G的大小；按照本题情景，在杠杆下挂相同钩码，另一端用测力计缓慢竖直向上拉动，观察F的变化情况，比较F与G的关系。说明两者平衡条件不同，再引导学生回顾匀速直线运动的条件和杠杆平衡条件。
　　3.采用变式递进，开阔学生视野
　　各种相似情景的干扰，是学生出错的原因之一。学生不能从众多变化的情景中找出分析问题的关键。与例1情景相似的习题较多，给学生的思维带来障碍。采用变式教学，先易后难，迂回前进，达到融会贯通、开阔思维的目的。在讲解例1之前，设计以下变式作铺垫。
　　变式1：如图2，作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力F，将杠杆缓慢地由位置A拉至位置B，力F的大小在这个过程中的变化情况是（A）
　　A.变大 B.变小 C.不变 D.先变大后变小
　　变式2：如图3，一根直杆可以绕O点转动，在杆的一端施加一个力F，在力F从水平方向缓慢转动到沿竖直向上的方向的过程中，为使直杆保持在图示位置平衡，则拉力F的变化情况是（D）
　　A.一直变大 B.一直变小
　　C.先变大，后变小D.先变小，后变大
　　变式3：如图3，一根直杠杆可绕O点转动，在杆的一端施加一个方向始终保持水平的力F，将直杆从竖直位置慢慢抬起到水平位置过程中，力F大小的变化情况是（A）
　　A.一直增大 B.一直减小
　　C.先增大后减小 D.先减小后增大
　　设计意图：变式1中F的力臂不变，改变G的力臂，分析G的力臂变化为例1的教学打基础。变式2中G的力臂不变，改变F的力臂，难点是发现最大力臂，判断力臂先变大后变小。变式3中F、G的力臂同时变化，但F的力臂变小，G的力臂变大，由杠杆平衡条件知F变大。当学生用变式3的方法思考例1出现困难时，再启发学生用相似三角形转换力臂的比值。
　　4.搭建脚手架，分解习题难点
　　碰到复杂的物理习题，教师的首要任务是搭好脚手架，让学生沿着问题串攀登，随着问题的解决，物理过程逐渐清晰，难点得到有效突破。
　　例1.可设计以下几个问题：（1）你能画出下一时刻杠杆的位置吗？（2）杠杆阻力作用点偏向竖直位置的左边还是右边？（3）F与G的力臂怎么变化？（4）由杠杆平衡条件写出F的表达式，并判断F的大小如何变化？（5）F和G的力臂都变大，比值怎么变？（6）能把力臂的比值转换为其他比值吗？提示：用相似三角形知识。
　　只要教师设计好问题串，层层深入，学生拾级而上，任何复杂的问题都将变得简单。正如黄山虽高，但只要有台阶，人们就能问鼎。
　　5.培养模型意识，提高解决问题的能力
　　复杂的物理问题一般都有模型依据，解题的实质就是将具体问题转化成模型，再将这个模型所遵循的规律找出来。学会建立物理模型，是科学方法教育的一项重要内容。建立模型可以帮助人们忽略次要因素，从本质上认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们分析复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象[2]。
　　例2.连接苏州和南通的苏通大桥创造和打破了多项世界纪录，苏通大桥跨径为1088米，是世界跨径最大的斜拉桥，如图4。在设计大桥时，为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当增加塔桥的高度，你知道原因吗？假如让你来设计新的斜拉索式大桥，你还能提出减轻钢索拉力的方法吗？
　　初中生应具备简单的建模能力，学生不知从何处入手的原因是不会建立物理模型。教师提示，对大桥结构进行简化，将主要部分抽象成如图5的模型，大桥的本质为杠杆模型，应用杠杆原理来解决上述问题。
　　教师要有意识地介绍建模思想的应用，让学生体悟建模的目的。比如，引入光线模型，是为了研究光现象方便，如果不用光路图就很难学习光现象的知识；又如，磁场看不见，摸不着，为了更好地研究磁场，引入磁感线模型，磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线的方向表示磁场的方向；再如，研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型等。
　　三、物理习题教学中有效利用错误资源的教学建议
　　1.给学生出错的机会
　　课堂教学时间有限，既要完成新课教学，又要讲评作业，时间很宝贵，教师便带着学生赶进度，慢慢失去了倾听的耐心，探究活动草草收场，学生自己思考、体验的机会变少，知识完全是灌入的，主体参与意识逐渐淡化。心理学家盖耶指出：“谁不考虑尝试错误，不允许学生犯错误，就将错过最富有成效的学习时刻。”急躁的课堂节奏剥夺了学生犯错的机会。将课堂节奏慢下来，给足学生时间，让他们不慌不忙地表达想法，暴露思维和探究中的问题，鼓励学生自查、自省，立足学生错误的教学才是真正有效的。
　　2.面批是获取错误资源的重要方法
　　错误资源的获取途径有课堂问答、作业批改、面批等，不同教师偏重的方法可能不同。课堂问答时，出现错误资源来不及纪录，有时会遗忘。一般性地批改作业，对于计算题，能看出学生思维轨迹，分析出错误原因，但对其他类型题目，如果学生不在现场，很难从学生答案中找出错因，但采用面批方式，就可以在与学生交谈过程中找到原因。有时答案虽然正确，但可能方法错误，只是碰巧填对了答案。因此，面批是获取错误资源的重要方法。
　　3.学生互评是利用错误资源的主要形式
　　在习题讲授时教师要穿插学生错误，比如，把学生原始解答投影出来，由学生评价解题过程，找出解题不规范或错误之处。又如，教师讲授时，可以故意把学生“有道理”的错解讲出来，有的学生被蒙住了，而有的学生能发现教师错误，这些学生的抗议会惊醒思维误入歧途的学生。
　　参考文献
　　[1] 陈淑萍.教会学生用物理模型思考问题.物理教师，2012（3）.
　　[2] 苏州市教育科学研究院.新课程初中学习能力自测丛书·物理.上海：上海科学技术出版社，2011.
　　（责任编辑 郭振