“身临其境”在物理情境教学中的使用

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   摘 要:学生利用生活经验验证、确信物理理论;把自身当作是研究对象,去设想感受的物理现象;借用同学的经验、感悟的激发自身的既有相关经历、产生相应感悟。
   关键词:物理;日常生活经验;身临其境法;同伴互助
   物理是一门以观察、实验为基础的自然科学。高中物理的教学,不仅要求学生知道“是什么”“什么是”“怎么样了”等识记性知识,更关注事物自身的本质和变化的规律、事物之间的内在联系以及概念的形成,应用物理方法对物理规律的寻找。也就是说高中物理的教学,对学生的逻辑思维能力、日常生活经验感悟有相当高的要求。现在的学生很少参与生产劳动,不仅动手能力差而且基本生活经验和常识也存在不足。在物理教学中若以他们的基本生活经验、常识作为新知识的生长点往往难以生发,导致教学效率低。对于学困生借用、触发他们在生活中的感知、观察来验证或理解物理理论,更容易使他们接受。
   在教学中笔者常用“设身处地、身临其境法”——让学生把自己当作是研究对象直接感知、感悟,然后再用物理知识进行验证。在提高成绩方面取得了一点成效,愿意和大家分享。
   实例一
   问题:操场上有一竖直的杆,小明同学先是匀速地爬上去,然后又匀速地滑下来。关于小明同学爬上去、滑下来时受到的摩擦力的说法正确的是:
   A.摩擦力都是竖直向上的
   B.摩擦力都是竖直向下的
   C.上爬时摩擦力竖直向上,下滑时摩擦力竖直向下
   D.上爬时摩擦力竖直向下,下滑时摩擦力竖直向上
   正确选项是A,大多数学生错选为D。错选原因有两个:一是认为摩擦力方向与运动方向相反。二是不能按照程序分析。
   解决方法:我引导学生把小明上爬过程按程序分解为多个小问题:受力物体、施力物体分别是什么?摩擦力的方向与运动方向相反还是与相对运动(趋势)相反?相对运动是指什么相对于什么?方向是向哪里的?经过指导,有一部分学生虽然推理得到正确答案,但心中有疑问“人明明向上去,怎么会受到向上的摩擦力呢?”
   学生在这里反复出错、疑惑,是因为这和他们既有的经验不一致。所以只在理论上做好解释还不够,还要用他们切身感受使之确信事实、规律。于是我设计了这样一个课堂实验:每一个人拿出一支笔,左手使它竖直,把右手当作小明同学,使它向上爬。
   操作过程中,用心感受并对一下三个方向做出判断:
   1.右手的用力方向。
   2.右手相对于杆的运动趋势方向。
   3.右手受到的杆施加的摩擦力方向。
   然后让学生交流彼此感受,达成共识。再逐次问:
   1.右手向上爬杆时,手相对于杆是静止的还是运动的?
   2.右手受到的是什么种类的摩擦力?
   3.对右手的上爬运动来说,静摩擦力的是动力还是阻力?
   4.这个实验中静摩擦力方向是阻碍小明的向上运动,还是阻碍小明向下的运动趋势?
   经过实验、交流、分析,他们不仅接受了上爬过程受静摩擦力向上的事实,而且把事实与对摩擦力概念的认识融洽地结合。
   实例二.问题:飞行员驾驶飞机在北半球上空顺时针水平飞行,两侧机翼电势高低情况判断正确的是(提示:北半球地磁场磁感线有竖直向下的分量):
   A.左侧高 B.右侧高 C.一样高 D.无法判断。
   分析:这个问题除了考查了两个知识点(感应电流的方向、电势高低和电流方向的关系),还考查学生建立物理模型的能力。对于大多数有疑问的学生来说,怎样把这个问题和所学的物理知识联系起来,怎样利用右手定则判断感应电流的方向是难点。
   解析:首先建立物理模型。飞机外壳是金属导体,飞机水平飞行就会切割的磁感线,物理模型就是导体切割磁感线产生感应电动势,导体两端存在着电势差。
   与其让学生想象飞机在空中飞行切割磁感线,不如让学生把自己的右手想象成飞机在现实空间水平运动。把右手展开,手心朝上让磁感线穿过,手向前水平推动模拟飞机顺时针盘旋。根据右手定则判断飞机外壳中的感应电动势方向。
   他们轻松地得到正确认识——感应电动势从右向左的,正确选项为A。
   若物理问题中有些情境,如果不能设计课堂实验证明,而大部分学生又没有切身感受怎么办?这就要充分利用“同学”作用——经验分享、同伴互助。
   实例三:在学习“竖直平面内的圆周运动”时,有些学生对“小球在轨道的最低点处于超重状态,在轨道的最高点处于失重状态”不理解。原因有三:一是因为对“超重、失重”的概念理解不准确;二是因为教材中的示例而误认为只有在竖直方向上运动才会出现“超重、失重”;三是生活中缺乏实际感悟。
   为了解决这一问题,我在带领学生复习“超重、失重”概念、受力分析的基础上,又借助学生的实际经验来完成教学。
   经过询问,我找了班级中坐过过山车且善于表达同学谈坐过山车的感受“在哪个位置你感到特别惊险,为什么?哪个位置感到人被紧紧挤压在座位上?”
   学生回忆着说:“在过山车的最高点位置附近最刺激,感到很害怕,因为感觉到如果没有前面的金属套、保险带自己就要掉下来了;现在想一想还有头朝下不适应的原因吧。在最低点附近感到人被紧紧挤压在座位上。”
   “你能给大家解释一下原因吗?”
   他解释说:“做圆周运动的物体总有某个力提供向心力。当我运动到在最高点附近时具有向下的向心加速度,保险带拉力比较小,人好像是摔下来一样当然害怕了;过山车在最低点有向上的向心加速度,椅子对人的向上压力远大于人的重力,所以感觉到人和椅子紧紧挤压在一起。”
   我又提出新问题:“还有谁能用生活中的事例谈谈圆周运动中的超重、失重现象?”
   “其实,我们可以做一个实验直接观察。用细橡皮条拴一个小球,甩动小球让小球在竖直平面内做圆周运动。我们可以看到:在最高点位置附近,橡皮条较短;如果速度很低,橡皮条会松弛下来,不会对小球有弹力,这时小球只受重力当然处于失重状态,而且是完全失重。”马上有个学生发言。
   “其实,我们还可以用一根细线拴小球做实验,甩动小球让小球在竖直平面内做慢速圆周运动。我们可以感受到:在最高点位置附近,绳子和手之间的作用力很小;如果速度合适,绳子就不会对小球有弹力,这时小球处于完全失重状态。”马上有个学生补充。
   这三个学生的话,对我和其他学生有很大启发,激发了他们已有的经验,他们颇有同感地点点头。这个难题就这样被他们解决了。当然我又要求所有学生按照后两位同学设计的实验实际操做一下,确认约束体(绳子、轨道)施加的弹力是超重、还是失重。
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