增强感知体验 优化习题教学

刘钦

(桐乡市高级中学 浙江 嘉兴 314500)

为师者都特别重视“学以致用”，而物理学科本身就是非常强调应用的学科，而学生在学习阶段做适量的习题，也可以看作在校期间的“学以致用”.

习题教学是物理教学中必不可少的重要组成部分，是概念、规律的延续和深化，通过对习题的讲解，可以帮助学生掌握物理知识和方法，思维得到训练，学科素养得到提高，现实意义讲，学生成绩的提高需要通过一定习题的训练．但在习题教学过程中，学生缺少了真实情景的体验及具体分析过程的体验，导致习题教学的有效性不高，具体来说如下.

1 体验性环节缺失导致习题教学效率不高

1.1 对习题情景理解不够 难以建立物理模型

物理学科中很多习题来自生活情景或实验背景，学生动手机会少，缺乏生活的经历和经验，通过文字甚至图片难以理解某些习题所描述的场景，对情景体现的物理知识和模型难以提炼．如经常出错的牛顿定律瞬时性问题，其原因就是不能正确地建立模型．这就造成对于某些习题学生难以动手的局面．

1.2 对习题过程的复杂性理解不够 难以把握物理规律

部分物理习题涉及多个过程，有些涉及多变的规律，有些涉及抽象的逻辑推理，学生想象能力和推理能力欠缺，对习题体现的复杂多变过程难以梳理，众多规律不知如何求解．如力学计算题通常具备多个过程和多种运动规律，动态平衡、电路变化等问题需要严密的推导，学生对解此类型习题一直存在较大困难，原因就在于此．因此造成学生解题能力难以提高．

1.3 对习题结论的普适性理解不够 难以拓展习题变式

习题的结论通常由推导得出，一定条件下具有普遍适应性，若结论与学生认知相冲突，学生仍会对结果缺乏理解和认可，结论难以掌握．时间一长，又回到了错误的想法上去．造成同样的习题讲过多次，学生出错率仍然很高．如速度分解、连接体等习题，由于结论与经验背离，怎么讲学生都难以接受．另外常出现一道习题会求解，同类题目或稍有变化学生不能求解，难以做到举一反三．

然而在与学生交流的过程中发现:学生对以前演示的实物、实验印象较为深刻，对操作过的实验和器材更是记忆犹新．将习题描述的情形以实物呈现，增强学生的感官体验，是否可以让学生对习题有更好的掌握呢？

2 增强感知体验 优化习题教学的实践探索

高中物理常见的习题教学一般具有以下几个环节，如图1所示，首先是习题描述的情景，通过情景提炼出物理模型(建模)，应用相应的规律和原理求解，最后对求解过程、结果反思，深化知识的理解．在此流程中，由情景到模型的建立、规律的呈现及对习题反思往往缺乏体验，容易造成学生对习题求解过程脱节，求解过程难以进行．因此在学生容易“卡壳”处增加学生体验，优化传统习题教学过程，实现学生对习题的顺利求解．

图1 习题教学的环节

2.1 体验真实情景 实现情景到模型的构建

情境认知与学习理论认为：知识不是抽象的，而是一种高度基于情境的实践活动，是情境性的社会实践，是个体与环境交互作用过程中建构的一种交互状态，情境认知强调知识必须在真实情境中呈现，以激发学生的认知需要．而习题教学中常见的以讲、练为主的方式割裂了物理知识与实践活动的联系，学生更多依靠自身想象和推理，特别是对于思维能力低下的学生很难真正理解习题所体现的知识，因为缺少习题对应真实情境，缺乏对习题知识的形象思维．通过构建习题情境和实物，将习题中的规律以实验展示，为习题创设了真实情境，大大增强学生对知识的积极主动建构．

【案例1】(2015年高考浙江理综卷第16题)如图2所示为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置．工作时两板分别接高压直流电源的正负极，表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在金属极板中间，则( )

A.乒乓球的左侧感应出负电荷

B.乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上

C.乒乓球共受到电场力、重力和库仑力3个力的作用

D.用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞

此题是浙江省高考题，改编于鲁科版选修3-1第20页电场中乒乓球，“放置两块金属板，距离不要太远，在两块金属板中间用一根绝缘线悬挂一个乒乓球，两块金属板分别接在电源正、负极，如图3所示．你会看到，乒乓球将向其中的一块金属板运动，当与该板碰撞后就会返回，并与另外一块金属板碰撞，如此反复．你知道其中的奥秘吗？”本演示实验蕴含了静电感应、库仑力等奥秘，如果课堂上做过这个演示实验，并分析过其中的奥秘，高考题解答水到渠成．笔者在高三复习课讲到静电场的时候让学生做过此题．笔者首先用生活化器材演示了此实验，如图4所示.

图3 电场中的乒乓球示意图

图4 电场中的乒乓球演示实验

笔者让左边的大球通过起电机带上电，然后小球弹开一定的角度，然后笔者用自己的手充当右边的极板，会发现金属球左右摇摆，开始跳舞了，学生看到这个现象感觉物理太神奇了，有点像永动机．教师顺势引导学生进行思考，发现根源是同种电荷相互排斥．

物理是一门以实验为基础的自然学科，对于学生理解起来抽象和难懂的物理问题教师一定要想方设法设计精巧的看得到的实验给学生直观的印象，这样才能化抽象为形象以便学生理解．伽利略说得好：“科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找．”

2.2 感知复杂过程 实现规律的理解和应用

在物理规律及应用环节增加体验活动，将习题对应的多过程、变化的规律和抽象的逻辑推理用实验模拟出来，通过学生的体验活动，如观察、操作等，感知物理过程，实现规律的直观感受．规律的直观体验降低了思维的难度，方便学生对规律开展研究．学生可以根据体验开展积极的思考活动，而不是机械的记忆，从而真正理解规律，实现对规律的掌握和应用．

【案例2】如图5所示，在竖直放置的穹形光滑支架上，一根不可伸长的轻绳通过轻质滑轮悬挂一重物G．现将轻绳的一端固定于支架上的A点，另一端从B点沿支架缓慢地向C点靠近(C点与A点等高)．则绳中拉力大小变化的情况是( )

A.先变小后变大

B.先变小后不变

C.先变大后不变

D.先变大后变小

图5 案例2题图

实验设计：在黑板上画出题目中的图像，画稍微大一点，再用光滑一点的细绳穿过重物，将细绳的一端固定在A点，另一端从B点缓慢地移到C点，观察绳子拉力变化的规律，帮助解题．移动过程中发现如下规律.

(1)重物两侧的绳子与竖直方向的夹角始终相等，说明两侧绳子的拉力大小相等．

(2)将绳子从B点移到直杆最上端的过程中两侧绳的夹角变大，绳子的拉力变大．

(3)将绳子从直杆的最上端移到C的过程中两侧绳的夹角不变，绳子的拉力保持不变．

实验操作过程如图6所示．

图6 按案例2情境设计的演示实验

【案例3】如图7所示，一块橡皮用细线悬挂于O点，用铅笔靠着线的左侧水平向右匀速移动，运动中始终保持悬线竖直，则橡皮运动的速度( )

A．大小和方向均不变

B．大小不变，方向改变

C．大小改变，方向不变

D．大小和方向均改变

图7 案例3题图

实验设计：把系着橡皮的绳子固定在黑板上，拿一根铅笔，按着题目的意思，把整个物理过程演示一遍，学生看了以后会发现当铅笔向右匀速移动5 cm的时候，橡皮就会在竖直方向上匀速上升5 cm，在水平方向上运动情况与铅笔一致．实验操作过程如图8所示．

图8 按案例3情境设计的演示实验

杜威说过：“教育并不是一种告诉和被告知的事情，而是一个主动和建设性的过程．”新课程更强调“学生主体”，注重学生对于学习过程的体验和感悟，实验是学生体验和感悟知识的最好方式，因此教师应积极创设实验氛围，努力让学生在实验当中主动感悟和获取知识．

2.3 体会易错结论 实现知识的深化和反思

在习题结论得出的过程中通过实物或实验，展现习题结果，实现学生对结论的直观体会，为结论的正确性提供证据．这就避免了部分习题结论与学生的认知冲突，实现学生对物理知识的内化．通过结论性实验的体验，有利于学生积极主动建构知识体系，而不是被动地获得结果．

【案例4】强磁铁在铝管中下落时的阻尼现象，学生是很难体会的．笔者借助很厚的铝管这个生活化素材上演了一出强磁铁在铝管中下落的好戏，如图9所示．强磁铁在塑料管中马上就下落了，但是在很厚的铝管中迟迟不见强磁铁下落．学生感到太神奇了，好多学生从来没有感觉物理如此有趣．可见，这种生活化器材的辅助教学，一方面提升了知识传递的有效性，另一方面也加强了学生的情感体验和基本经历的体验，从心理层面来说让学生更加接受物理，更加喜欢物理，也让学生对规律的理解更加深刻．

图9 案例4图

【案例5】《物理·选修3-1》教材中关于研究通电弹簧运动状态的实验，如图10和图11所示.

图11 通电弹簧运动状态实验实物

由于一定条件的限制，课堂教学中无法提供相关实验仪器，实验的演示就更为困难．若只是简单的理论分析学生较难构建物理模型，难以出现空间图像，势必会产生一定的思维障碍．因此笔者制作了如图11所示模型，以此展示物理情景．这样的实例展现，帮助学生很好地建立了物理模型，有利于加深对规律的认识和知识的生成．

心理学研究表明，人的行为是在情感与认知的相互作用下进行的，两者相互促进，相互渗透，有积极情感体验的东西往往记得深刻和牢固．我国著名学者燕国材曾经说过：“凡是能够使学生的情感发生强烈波动的事物就比较容易记住，且保持牢固，有的甚至终身不忘．”通过生活化素材创设小实验巩固课堂内容，有助于学生情感素质的培养，而且能克服书本上刻板化、程式化和枯燥化的教学内容，从而使学生对物理产生浓烈的兴趣．

2.4 理论联系实际 实现知识的应用和深化

杜威说过，物理来自于生活，应用于生活．因此，我们学习的物理知识如果能联系到实际生活中的现象，更能激发学生学习知识的兴趣和动力．

【案例6】学习牛顿第一定律时，为研究较轻的气体的惯性，笔者提出这样一个问题：一个氢气球和一个水球放置于容器中，容器突然运动，它们会怎样运动？

理论分析：氢气球和相同体积的空气球相比，质量轻，因此惯性小，所以启动后，因为惯性空气球为了保持原来状态而相对容器向后运动，所以氢气球向前；而同样体积的水球比空气球质量更大，惯性大，由于惯性，水球向后运动．学生听了解释不理解，于时笔者就将此情景改编成实验．如图12所示．左侧的气球里充入氢气，右侧的气球装入水，两个球一端固定在汽车中，让汽车静止启动，将两个球的运动过程用视频记录下来，通过视频慢镜头回放及图片展示，两个球的运动情况的确和理论分析一模一样，从而加深了学生们的理解．

图12 探究较轻气体的惯性

3 教学反思

增强学生的体验还有一些注意事项．无论是情景类体验活动，还是规律应用类体验活动，或结论验证性体验活动，开展的方式要灵活，可以教师演示或操作，集体一起体验；也可以学生分组或逐个进行．体验活动中以学生为中心开展，尽量满足学生个性化需求，程度好的学生可能不需要体验环节，程度较差学生可能需要教师的引导和讲解．体验的对象既有真实情景再现，也有模拟的物体，也可以是常见的器材、教具和实验，对于无法在教室开展的体验活动，可以用视频、图片等替代．

在习题教学中加入体验环节也体现了学科的核心素养，体验活动的开展体现了科学探究中的证据(制订探究方案，灵活使用仪器)，也体现了科学论证(使用证据证明结论),有助于学生科学思维的锻炼．通过增强学生的体验，不仅能提高习题教学的效果，也有助于学生核心素养的培养．