高中物理程序性知识教学初探

【摘 要】高中物理程序性知识是高中物理的重点知识，教师教学难度大，学生难以掌握。探讨程序性知识高效教学可以提高学生分析和解决问题的能力，提升教师的教学水平。程序性知识的教学要实现高效需要教师调动学生的学习主动性;教学设计要符合学生的心理认知规律，不能操之过急;教学环节要齐全。

【关键词】高中物理;程序性知识;高效教学

【中图分类号】G633.7 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2016）03-0050-03

【作者简介】姜祖国，江苏省沭阳高级中学（江苏沭阳，223600）教师，宿迁市高中物理骨干教师。

高中物理程序性知识是一个系统知识，教学不仅过程长，而且要符合学生的认知规律，教学才能高效。教师通过创设情境让学生感知、探究、认知、练习，最终生成能力。笔者通过长期的教学探索，把高中物理程序性知识的教学过程分为四个步骤：1.发现特征，建立概念;2.寻找关系，建立规律;3.思维引领，建立程序;4.应用程序，解决问题。

一、发现特征，建立概念

概念是程序性知识的基本“细胞”。因此，教师要依据学生的认知规律，根据学科特点进行教学，把物理现象通过实验、视频、图片等进行情景再现，让学生通过观察发现特征，最终建立概念。

1.借助趣味性实验生成概念。

例如用范氏起电机帮助学生建立静电场的概念。电场是客观存在的，是带电体周围的一种特殊物质，由于看不见摸不着，如何激发学生的探究兴趣，对帮助学生建立静电场的概念至关重要。教师可以通过范氏起电机先使金属球带电，让学生观察，学生没有发现异常;接着，让一位长发女生站在绝缘板上，用手触摸范氏起电机的带电金属球，头发瞬间竖起并散开。学生对此现象惊呼不已，产生浓厚的探究兴趣。

教师由此提出问题：是什么使得这位同学的头发竖起来的？为什么会竖起来？

教师设置趣味性实验给学生体验，在兴趣的引领下发现问题，寻找答案，激发学生对带电体相互作用的思考，引导学生运用已学的库仑定律和力的知识分析实验现象。实验是一味催化剂，可以引导学生快速去发现事物的特征，建立概念。

2.巧用挑战性实验促进概念生成。

例如稳定平衡条件教学，可以设计这样一个挑战性实验，让学生一只脚着地，另一只脚离地，保持平衡，扮演“金鸡独立”。为了调动学生参与的积极性，对学生进行必要的奖励。学生有了攻擂的心态，一拨又一拨的上来挑战，他们通过反思总结，最终发现规律。

魯迅在《花边文学·看书琐记》中写道：“文学虽然有普遍性，但因读者的体验的不同而有变化，读者倘没有类似的体验，它也就失去了效力。”物理是一门自然科学，许多东西可以让学生体验，体验到的东西使人感到真实。因此教师上课时能创设情境让学生参与体验的，就不要用抽象的语言来表达。

二、寻找关系，建立规律

物理规律是程序性知识的“骨架”。只有建立规律，才可以系统地研究问题。在教学中，我们要创设一定的情境，激发学生探索的热情，让学生主动发现规律。

实验直观形象，学生容易接受，因此要想创设激发学生学习激情的情境，还需从实验入手，再加以逻辑推理，使得结论更加真实可信。

1.借助实验直观性，帮助学生发现规律。

用阴极射线管寻找带电粒子在磁场中的运动规律。该实验使用的是高压电源，当两根导线靠近时，绝缘导线被击穿，产生电火花，因此必须用绝缘手柄移动导线，同时为了防止高压电源的“剩电”伤人，也必须要用绝缘手柄移动导线将电源放电。让学生知道它的危险性，再让学生进行实验，让学生听到放电的嗞嗞声，看到美丽的电火花，当磁铁靠近时，射线偏转，这些都会给学生留下终生难忘的记忆。

教师及时引导，粒子为什么偏转，偏转时遵从什么规律。通过现象让学生感知到带电粒子在磁场中受到力的作用，验证左手定则;再用逻辑关系推导出带电粒子在磁场中的运动规律，这样学生更容易接受和理解。

2.利用实验的可体验性，引导学生探究规律。

如变压器的变压比教学。在变压器实验中，为了让学生能感知到变压器的工作特点，设计了这样的一个实验，让全班学生依次手牵手（心脏不好或有其他疾病的学生除外），一头一尾两个学生分别用空下的另一只手，捏住变压器副线圈两根接线的线头，教师一手握住干电池，将线圈的一个接线与干电池一端接好，另一只手将另一接线在干电池另一极上轻轻地快速划过，全班学生惊呼，同时跳了起来，手都抖了一下，不自觉地松开。教师不急不忙地说，我们从来没有发现一节干电池有这么大威力！这到底是怎么回事？

本实验中学生的惊呼声和人群的一起跳动多角度刺激着学生，让学生充分感知到变压器的威力，通过触觉感知到电流的存在，激发学生向更深层次探究，自主学习寻找规律。先让学生感性认识，再用法拉第电磁感应定律理性推导变压器的变压比，引导学生发现变压比，学生更容易建立和接受规律。

3.借助实验的启发性，让学生自主建立规律。

启发的着重点在“发”，是指通过一定的方式促使学生思考、领悟。我们设计实验教学的最终目的是通过学生直观的感受，引发思考，并上升到理性认识，认识事物的发展规律。

如涡流概念的建立。我们为了直观显示电流的存在，可以设计自制线圈接小灯泡的实验。当线圈靠近电磁炉时小灯泡亮了，学生会感到惊奇。当学生的兴趣被激发时，教师再提问会让学生更好地理解涡流的概念。

通过创设一定的问题情境，激发学生探究的兴趣，启发学生寻找现象背后的物理规律，调动学生学习的积极性和主动性，这样设计的教学能够产生较好的教学效果。

三、思维引领，建立程序

“思维”是程序性知识的灵魂。教师要让学生学会分析情境，弄清楚逻辑关系，再根据情境的已知条件，推知未知的量，通过系列的思维活动，帮助学生建立分析问题、解决问题的程序，从而培养学生分析和解决问题的能力。我们把建立程序的过程称为建模。高中物理的程序性知识多，但建立程序的思路却相同。教学应从简单到复杂，按时间先后顺序，根据事物的发展规律，顺应学生的思维展开教学，才容易被学生接受。下面用实例浅谈如何帮助学生建立分析程序性知识的思路。

1.建立应用牛顿运动定律分析“叠加体”问题的程序。

建立如图所示的模型。设地面光滑，A、B间动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。用隔离体法分析，对A：F-fBA=MAaA，对B：fAB=MBaB;由于B的动力是由摩擦力提供的，有最值，当摩擦力达到最大值时，加速度最大为aBmax。A的动力由拉力F提供，理想情况下可以无限增大。因此B的加速度有最值，A的加速度没有最值。当aA>aBmax时，A与B相对滑动，因此aBmax是A与B相对滑动的临界加速度，此时可以求出临界拉力F0=（MA+MB）aBmax。

当F>F0时，A与B相对滑动，采用隔离体法，此时A、B间摩擦力为最大静摩擦力;F<F0时，采用整体法，先求出加速度a，再用隔离体法求解A、B间摩擦力。

求临界值是破解叠加体模型的关键。求两物块相对滑动的临界加速度时采用隔离体法，分析动力是摩擦力的物体，当摩擦力达最大值时，加速度为临界加速度，再采用整体法求临界拉力。小于临界拉力，初始状态相同，先用整体法，再用隔离体法分析;大于临界拉力，采用隔离体法分析。

2.建立应用法拉第电磁感应定律分析“动生”问题的程序。

创设如图所示模型：一个质量为m、电阻为r、长度为l的导体棒ab横放在固定的U型金属框架上，框架的两边MM′、NN′相互平行，电阻不计且足够长。MN的电阻为R且垂直于MM′，整个装置处于竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中。对ab棒施加垂直于棒ab的水平恒力F，棒ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM′、NN′保持良好接触。求：（1）导体棒的稳定速度v;（2）从导体棒开始运动到稳定，整个电路中产生的热量为Q，求该过程通过导体棒电量的大小。

程序建立过程：由法拉第电磁感应定律可得，运动的导体棒ab充当了电源，感应电动势E=BLv，根据右手定则可得：导体棒ab中的电流方向由a→b，即b端相当于电源的正极，由闭合电路欧姆定律得I=，导体棒ab受到的安培力

F=BIL=，且方向向左;由牛頓第二定律得

F-=ma，可知导体棒做加速度越来越小的加速运动，最终导体棒将做匀速运动。由于FA是变力，因此，对过程分析只能用动能定理W+W=mv。由于电流是变化的，因此求电量只能先微元，再叠加，最终可得q=。

因此，对于分析电磁感应中的“动生”问题，可以分为四个分析：（1）“源”的分析，分析电源的电动势大小、方向、内电阻;（2）“路”的分析，分析电路的连接方式，描述电路的参量、电路中的功能关系;（3）“状态”的分析，分析研究对象的受力情况，判断它的运动情况;（4）“过程”的分析，分析运动过程中的功能关系。搞清楚了“四个”分析，即弄清楚了整个过程，再根据具体情境选择合适的突破口进行分析。

四、应用程序，解决问题

程序性知识只有通过训练才能熟练掌握，最终生成技能，教师在建模的基础上要加强用模，这样建立的模型才有意义。用模型分析问题就是把原有的问题情境通过变式训练，让学生灵活地运用程序性知识来分析问题。

如电磁感应“动生”问题，可以把情境转化为竖直轨道、倾斜轨道，即恒力相当于重力、重力的分力;再把情境转化为有初速度的运动情况，通过不断地变换情境，让学生用相同的方法进行分析，最终帮助学生建立分析电磁感应“动生”电动势的一般分析思路。

建立新情境如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L=1m，导轨平面与水平面夹角α=30°，磁感应强度B=1.0T的匀强磁场，垂直导轨平面斜向下，金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量m=0.01kg、导轨与导体棒电阻均不计。电阻R=150Ω，电容C=0.01F，取重力加速度g=10m/s2。现将金属棒由静止释放。求：（1）在开关接到1的情况下，金属棒下滑的最大速度;（2）在开关接到2的情况下，金属棒稳定时的加速度。

解析：（1）对导体棒有：mgsinθ-=ma，当加速度为0时，导体棒有最大速度，即

mgsinθ-=0解得v=，v=7.5m/s;（2）对导体棒有：mgsinθ-BIil=ma，时间t内累加有：mgsinθ-BL=ma，mgsinθ-BL=ma，

mgsinθ-BL=ma，mgsinθ-B2L2Ca=ma变形得a=，解得a=2.5m/s2。

程序性知识的教学，是一个系统性教学过程。教师需要系统备课，进行整体、科学、符合物理学科特点的设计，并且借助实验的直观性，注重实验与逻辑的结合，方可实现高效教学。

【参考文献】

[1]刘进利.中学“实践物理”课程建设的探索[J].湖南中学物理，2015（05）.

[2]姜祖国.对江苏高考题的思考与破解对策——有效破解程序性知识叠加体模型[J].物理教学探讨，2015（06）.