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1、1高中物理论文物理变式教学和思维能力的培养摘要：教育教学贵在创新，教育教学的创新主要是思维的创新，变式教学实践就是一种思维创新。在物理教学中通过变式教学，不断地变更所提供材料或事物的呈现形式，使本质属性保持稳定而非本质属性不断变化,以变养智，以变养德，从知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观的三维目标出发来设计教学，培养学生的思维能力。关键词： 变式教学；发散思维；聚合思维；创造性思维许多学生反映物理难学，“题海战术”是一个重要的原因，大量的难题，单一的教学方法，无法让学生在过程与方法上、情感上得到成功的体验，那么知识和技能目标的达成度也是可想而知的。在我们的物理教学中，有的问题缺乏新的情景
2、，学生不感兴趣；有的问题缺乏阶梯，一开始就太难，许多学生的思维不能被激发。同样常见一些教师说：“这个题目其实很简单。”“怎么连这个题目也不会做？”其实，这个教师站在已经掌握了物理学系统知识的高度所产生的想法。如果你的头脑中还没有这一系统的知识结构，情况就会完全不同。“稚化教师思维”、“备学案”是教师应当掌握的两条有效的教学途径。“没有教不好的学生，只有不会教的老师”这句话从某种程度上说也有一定的道理，教师的“会教”在于“会激”，而变式教学就是激活学生思维教学方法。所谓“变式教学”，是指以培养学生灵活转换、独立思考能力为目的，在教学过程中教师精心设计一些不断变更问题情景或者改变思维角度，由简到繁
3、、由易到难的物理问题，使事物的非本质特征时隐时现，而事物的本质特征却始终保持不变的教学形式。这是一种把学生的思维逐渐引向新的高度的一种教学方法，它实际上是教师有目的地通过“变式”为学生组织了一个引导思维的活动。一般来说，当学生面对新的物理情景时，如果旧的思维方式能够解决新的问题，就是迁移学习。如果新的情景需要学生能从不同角度进行思考和突破原有的思维模式，就是创造学习。变式教学要求不断变更所提供材料或事物的呈现形式，它能够使学生经常处于新的情景中，所以变式教学十分有利于激发学生思维的热情，改善学生的思维品质和培养学生的创造性思维能力。一、实施变式教学有利于培养学生发散思维能力所谓“发散思维”是从
4、一点向四面八方想开去的思维。运用这种思维方式来考虑问题，会因我们的出发点不同而得到不同的思考途径或得到不同的结果，显然我们得到的思考途径或结果越多，发散思维能力就越强。物理教学中发散思维的一种典型体现是所谓“一题多解”的变式教学，即对同一个问题应用多种不同的方法去寻求其答案，它追求的是解决问题的多种途径。这些“途径”实际上就是一些解决问题的方法，而对不同方法进行比较，必然能使学生思路开阔，使之养成多角度观察理解事物的习惯，对培养发散思维能力起着2辅路架桥的作用。案例1：1、一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央桌布的一边与桌的AB边重合，如图1所示已知盘与桌布间的动摩擦因数为 1，盘
5、与桌面间的动摩擦因数为 2现突然以恒定加速度将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB边若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度满足的条件是什么?(以表示重力加速度) 图1 分析：弄清研究对象和圆盘的运动过程（2 个过程） ，找准不同对象之间的位移、时间、加速度之间的联系，选择合适的规律建立方程求解：a、求出桌布与圆盘分离的时间 b、确定圆盘恰好没有从桌面上掉下的条件过程 1.圆盘从静止起在桌布上做匀加速运动至刚离开桌布的过程；动摩擦力 1为动力过程 2.圆盘离开桌布后在桌面上做匀减速直线运动的过程.动摩擦力 2为阻力解法一：（动力学原理求解）设圆盘的质量为 m，桌长为 L。过程 1：桌布从圆盘
6、下抽出过程，盘的加速度为 a1，有 1mg=ma1 a1=1g设盘刚离开桌布时的速度为 v，移动距离为 s1，离开桌布后在桌面上再运动距离 s2后便停下，有 2 1 1。过程 2：桌布抽出后，盘在桌面上作匀减速运动，a 2=2g圆盘在桌面上运动过程 2 2 2 圆盘没有从桌面上掉下的条件是 2(L/2) 1设桌布从盘下抽出经历时间为 t，这段时间内桌布移动的距离为 x，有(1/2) 2， 1(1/2) 1 2而 1L/2，由以上各式解得( 1 2)/ 2 1解法二：（利用动能定理求解）以圆盘为研究对象，由于圆盘初末速度为零，故动能变化量为零，设圆盘在桌布上运动了 s1，桌面上运动了 s2，则有
7、 u1mgs1u2mgs2=0，且 s1+s2L/2。盘与桌布之间的位移差为 L/2，设在桌布上运动的时间为 t，桌布位移为 x，则有(1/2) 2， 1(1/2) 1 2，xs 1=L/2联立以上方程求解可得 a ( 1 2)/ 2 1。解法三：（应用相对运动求解）设盘在桌布上运动时间为 t，则盘相对布运动有 (1/2) (au 1g)t2=L/2盘对地的位移(1/2) u1gt2=s1，2u 1gs1=2u2gs2 ，s 1+s2L/2 其中 s1表示盘在桌布上的对地位移，s 2在桌面上运动的位移)。 a ( 1 2)/ 2 1解法四（-图象法求解) 由题意作-图如图 2 所示，根据图象可
8、知，OA 直线表示桌布在从圆盘下抽出前的速度随时间的变化关系，OB 直线圆3求小球落到斜面所用时间 求小球落到斜面的最远距离求小球落到斜面所用时间 求 a、b 小球谁先落地求 v0 变为原来的 2 倍时小球落到斜面何处 盘加速的情形，BD 直线则表示圆盘减速时的情形，曲线与轴之间的面积大小在数表示值上等于相应时间内的物体的位移大小，故有 OAB (1/2)（ 1 1 1） 1(L/2)，解得 gualt11 OBD (1/2)（ 1 2） 1 1(L/2)， 又 1 1 2 2，解得 ( 1 2)/ 2 1 这是一道源自生活实际的问题，解决该类问题需要学生有一定的知识迁移能力和创新意识，能将实
9、际问题转化成物理模型通过以上一题多解，在解法上各有特点，对于牛顿力学，由于学生更为熟悉，也容易理解，故学生大多数用动力学的观点求解；而动能定理的方法是高中物理的基本解题思路，因其突出始末状态、忽略中间过程而备受青睐；图象法能直观地描述物理过程，清晰地表示出各物理量间的关系，形象地表达物理规律，使问题变得简单明了，使过程简化、优化，令人耳目一新究竟采用何种方法求解，应该根据每个学生对不同的物理规律掌握的熟悉程度而定。物理教学中发散思维的另一种典型体现是所谓“一题多变”的变式教学。一题多变指的一道基本题，让题目的情景有所变化，按程序不断加深加广，变成许多道有关的习题。通过这一类题型的解析和训练，充
10、分认识基本知识的应用价值，使学生明确只要掌握规律和分析方法，就可以做到“万变不离其宗”。一题多变最好能从学生比较熟悉的典型题开始，这样所起的作用更大。案例2：案例3：4m MF光滑，求Mm间作用力m MF不光滑，求Mm间作用力NF求第P个对第P+1个的作用力F0 X讨论棒中张力与X的关系F+Q Eaam MF不光滑，求Mm间作用力=0=0不光滑，求木块间作用力不光滑，求木块间作用力FF光滑，求绳的拉力不光滑，求绳的拉力不光滑，求木块间作用力FFF不光滑，求绳的拉力a=0光滑，求木块间作用力F通过一题多解，一题多变，可以促使学生多角度分析、解决问题，拓宽解题思路，开阔视野，启迪发散思维，开发智力
11、，培养能力，达到学以致用的目的。当然，一题多解并不是一定要追求解法的最多，而是应该根据教学要求、学生水平、教学功能精选几种解法，既训练学生发散性思维的能力，又抓住核心规律；既保持课堂效率，又切合学生实际。二、实施变式教学有利于培养学生聚合思维能力所谓的聚合思维是多到一的思维。它以某个思考对象为中心，把问题所提供的和从大5脑中提取出来的各种信息集中起来，通过直觉的判断，选择解决问题最优的设想和方法，通过一系列的推理获得解决问题的答案，或者从不同的现象和问题中发现共同的因素。又称集中思维、收敛思维、求同思维等。物理教学中聚合思维的一种典型体现是所谓“多题归一”的变式教学，多题归一是指把多个表面上不
12、同但实质上相同的题目归成一类，找出它们的共同特点，用同一个物理规律去解答。即：多个题目多种物理情景，解答所用的物理规律相同，以实现认识一类物理现象的共同规律。多题归一可以实现触类旁通的教学效果，即学生一旦掌握了一类问题的一般特点后，能够从这个一般的特点出发，去解决新遇到的同类或相似类别的问题。物理教学中就有很多这样我们熟悉的例子，例如：人船模型、子弹打木块模型、弹簧模型、平抛模型等等。案例 4：1、如图 3 所示，两根长度为 L 的细线下端拴一质量为 m 的小球，两线与天花板间夹角为 a，今使摆球在垂直于纸面的平面内做小幅度振动，求其振动周期。 2、如图 4 所示，一小球用长为 L 的细线系于
13、与水平面成 角的光滑斜面内，小球呈平衡状态；若使细线偏离平衡位置，且偏角 5，然后将小球由静止释放，则小球第一次运动到最低点所需的时间 t 为多少？3（地震仪水平摆的周期）如图所示是一种记录地震装置的水平摆，摆球固定在边长为 L、质量可忽略不计的等边三角形的顶点 A 上，它的对边 BC 跟竖直线成不大的夹角 ，摆球可绕固定轴 BC 摆动，求摆球微小摆动时的周期。以上三个问题中的三个摆，都与我们熟悉的单摆不同，故不能直接通用公式，求它们的微振动的周期，但通过相似的比较，可以发现它们与图glT26 的单摆存在着如下共同的特征：1）质量都集中在小球上；2）小球都可以视为质点；3）小球都绕某一轴做微振
14、动;4) 单摆的回复力都来源于重力。据此，可以将单摆周期公式写成 ，以此将各个问题统一起来，并将各个摆变换为类似图 6 的单摆。gl1、解 见图 7 =g, =Lsina,所以 =l glT2aLsin2、解 见图 8 =gsina, =L,t= = =gl4l2asin3、解 见图 9 若 m 做微小振动，则其轨迹一定在过 A 点，垂直于 BC 的平面内的以6O 为圆心，OA 为半径的圆弧上。因此我们可以作一个过 A 点垂直于 BC 的平面 M，如图9 所示，将重力 mg 沿 M 平面和垂直于 M 平面方向分解，则在平面 M 内，m 的振动等效于一个只在重力 作用下简谐运动，摆长sinmg .2360sinLL因而，摆球做微小振动的周期为 sin2gT案例 5：1、 （1996 高考题）在光滑水平面上有一静止的物体，现以水平恒力甲推这一物体，作用一段时间后，换成相反方向的水平恒力乙推这一物体，当恒力乙作用时间与恒力甲作用时间相同时，物体恰好回到原处，此时物体的动能为 32J。则在整个过程中
