物理學(xué)習路徑與尋找方法論文

　　摘要：揭示了物理學(xué)習路徑的３個(gè)特征，提出了物理學(xué)習路徑起點(diǎn)、過(guò)程和終點(diǎn)的尋找方法，為教師根據物理學(xué)習路徑來(lái)設計教學(xué)路徑提供了有益的途徑．

　　關(guān)鍵詞：物理學(xué)習路徑；特征；尋找方法

　　日常生活中的路徑有起點(diǎn)、過(guò)程和終點(diǎn)．相應地，物理學(xué)習路徑也有起點(diǎn)、過(guò)程和終點(diǎn)．物理學(xué)習路徑的起點(diǎn)指學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗，過(guò)程指學(xué)生的物理思維過(guò)程，終點(diǎn)指學(xué)生對知識的表征方式．

　　１物理學(xué)習路徑的特征

　�。保�１適切性

　　學(xué)生的物理學(xué)習路徑并非只有一條，世界上也不存在最好的學(xué)習路徑．但應有一條非常適合自己學(xué)校、自己眼前學(xué)生的學(xué)習路徑．這條學(xué)習路徑受制于學(xué)校的硬件、學(xué)生的基礎和教師的能力等實(shí)際情況．像某些實(shí)驗，由于學(xué)校的器材太少，只能做做演示實(shí)驗，無(wú)法開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗．這時(shí)，學(xué)生的物理學(xué)習路徑就只有通過(guò)觀(guān)察演示實(shí)驗、討論實(shí)驗現象、分析實(shí)驗數據、得出實(shí)驗結論等過(guò)程而展開(kāi)．象有些實(shí)驗方案很多，由于學(xué)習時(shí)間有限，我們也不可能在一節課中將每種方案都試過(guò)去．例如，“實(shí)驗：探究碰撞中的不變量”的學(xué)習，可用于探究的學(xué)習路徑很多．有“用氣墊導軌做碰撞實(shí)驗”、“用兩個(gè)懸掛的擺球做碰撞實(shí)驗”、“用裝有撞針的小車(chē)與裝有橡皮泥的小車(chē)做碰撞實(shí)驗”、“質(zhì)量不同小球碰后做平拋運動(dòng)的實(shí)驗”等多種形式．如考慮到實(shí)驗的精度問(wèn)題，學(xué)校又恰好有氣墊導軌器材，可選用第１種學(xué)習路徑來(lái)學(xué)習．如考慮到學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養，學(xué)校關(guān)于擺球碰撞的創(chuàng )新性器材也比較多等這些因素，可選用第２種學(xué)習路徑來(lái)學(xué)習．但第２種方案需要學(xué)校自制的擺球碰撞器材．有些學(xué)校缺少這方面的開(kāi)發(fā)能力，就不好采用此種學(xué)習路徑．如考慮到學(xué)校購置的小車(chē)上按有撞針，可選用第３種學(xué)習路徑．但有些學(xué)校根本沒(méi)有能按撞針的小車(chē)，就不好選用第３種學(xué)習路徑．這時(shí)第４種學(xué)習路徑———用“質(zhì)量不同小球碰后做平拋運動(dòng)的實(shí)驗”來(lái)探究碰撞規律，就不失為一條較為合適的學(xué)習路徑．因此，我們要從學(xué)校、學(xué)生與教師的實(shí)際情況出發(fā)，來(lái)選擇當前最適切的學(xué)習路徑．但是，這一條路徑對其他學(xué)校、其他學(xué)生、其他教師來(lái)說(shuō)，就不一定是最佳的．

　�。保�２靈活性

　　在物理學(xué)習中，物理學(xué)習路徑隨不同學(xué)校教學(xué)資源的不同而靈活變化．例如，在沒(méi)有數字化實(shí)驗的日子里，學(xué)生學(xué)習“作用力與反作用力的關(guān)系”時(shí)，只能用兩把彈簧秤來(lái)探究?jì)烧叩拇笮∨c方向關(guān)系．但局限于靜態(tài)問(wèn)題的實(shí)驗．對于加速、減速時(shí)，兩者的大小、方向關(guān)系就無(wú)從入手．待有了數字化實(shí)驗教具后，學(xué)生的物理學(xué)習路徑就發(fā)生了質(zhì)的變化．學(xué)生學(xué)習這一關(guān)系時(shí)，可以親手通過(guò)力傳感器來(lái)比較“物體做直線(xiàn)運動(dòng)、曲線(xiàn)運動(dòng)”，“加速運動(dòng)、減速運動(dòng)、勻速運動(dòng)”，以及處于靜止狀態(tài)時(shí)，兩力的大小、方向問(wèn)題．在光影畫(huà)布、頻閃小球出現前，我們在探究平拋運動(dòng)規律的學(xué)習路徑中，常用“描跡法”畫(huà)出小球做平拋運動(dòng)的軌跡，再來(lái)研究小球做平拋運動(dòng)的規律．現在時(shí)代發(fā)展了，有了光影畫(huà)布和頻閃小球作為物理學(xué)習的用具，學(xué)生的學(xué)習路徑就發(fā)生了質(zhì)變．只要在光影畫(huà)布上覆蓋一張印有小方格的透明膜，就可直接利用頻閃小球在光影畫(huà)布上留下的痕跡來(lái)進(jìn)行研究．顯然，在新課學(xué)習中，后一種學(xué)習路徑就比原先的要好得多．當然，在學(xué)生實(shí)驗中，還是保留“留跡法”這條學(xué)習路徑．因為它蘊含了一種獨特的研究路徑，在此不再贅述．

　�。保�３發(fā)展性

　　學(xué)習路徑并非是固定不變的，是隨教學(xué)理念、學(xué)生知識經(jīng)驗、教師教學(xué)經(jīng)驗的發(fā)展而發(fā)展的．第一，學(xué)習路徑隨教學(xué)理念的發(fā)展而發(fā)展．應試導向的學(xué)習路徑與素養導向的學(xué)習路徑是不同的．像《伽利略對自由落體運動(dòng)的研究》之類(lèi)的物理學(xué)史課，在應試導向的教學(xué)中，主要采用教師講學(xué)生聽(tīng)的方式進(jìn)行，教師講完后，再提供幾個(gè)�？嫉奈锢韺W(xué)思想方法問(wèn)題讓學(xué)生練習．同一個(gè)課題，在素養導向的教學(xué)中，教師設置問(wèn)題情境、利用已有知識、運用真實(shí)實(shí)驗等多種方法，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習路徑，獲得更好的教育效益．具體操作如下：（１）教師設置物理悖論情境組織正反方學(xué)生參與討論，讓學(xué)生深切感受邏輯推理的力量；（２）教師引導學(xué)生利用已有的知識經(jīng)驗對“做自由落體運動(dòng)物體的速度與時(shí)間成正比還是與位移成正比”提出質(zhì)疑，讓學(xué)生在質(zhì)疑中獲得成功的體驗；（３）教師提供滴水計時(shí)裝置，讓學(xué)生模擬伽利略當年做過(guò)的“斜面實(shí)驗”，通過(guò)真實(shí)的實(shí)驗操作體驗伽利略的“斜面實(shí)驗”思想．第二，學(xué)習路徑隨學(xué)生知識經(jīng)驗的發(fā)展而發(fā)展．學(xué)生學(xué)了運動(dòng)學(xué)規律和牛頓運動(dòng)定律后，碰到動(dòng)力學(xué)問(wèn)題就只能用“力觀(guān)點(diǎn)的路徑”來(lái)解決．及至學(xué)了動(dòng)能定理和能量守恒定律后，學(xué)生的能力提升了，碰到動(dòng)力學(xué)問(wèn)題就能用“力觀(guān)點(diǎn)的路徑”和“能量觀(guān)點(diǎn)的路徑”來(lái)解決．這時(shí)，就會(huì )優(yōu)先考慮用“能量觀(guān)點(diǎn)的路徑”來(lái)解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題．等到學(xué)了動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律后，學(xué)生的能力更強了，碰到動(dòng)力學(xué)問(wèn)題就能用“力觀(guān)點(diǎn)的路徑”、“能量觀(guān)點(diǎn)的路徑”和“動(dòng)量觀(guān)點(diǎn)的路徑”來(lái)解決．對于單一物體，就會(huì )優(yōu)先考慮動(dòng)能定理和動(dòng)量定理．對于多個(gè)物體組成的系統，就會(huì )優(yōu)先考慮機械能守恒定律與動(dòng)量守恒定律，不會(huì )都從牛頓運動(dòng)定律出發(fā)來(lái)求解了．第三，學(xué)習路徑隨教師教學(xué)經(jīng)驗的發(fā)展而發(fā)展．教師教學(xué)經(jīng)驗的發(fā)展，會(huì )促使教學(xué)方法的改變，將直接影響著(zhù)學(xué)生學(xué)習路徑的變化．如圖１所示是教材上的光電效應實(shí)驗．教師按照這個(gè)實(shí)驗來(lái)演示，驗電器指針根本不會(huì )張開(kāi)，無(wú)法達到理想的實(shí)驗效果．初入職教師常借助ＰＰＴ呈現圖１，采用講實(shí)驗現象的方法來(lái)教學(xué)．等教師的教學(xué)經(jīng)驗增加后，他們會(huì )分析這一實(shí)驗不能成功的原因：（１）鋅板在弧光燈的照射下，發(fā)射出光電子，鋅板失去電子帶上正電，在鋅板周?chē)�形成一個(gè)電場(chǎng)；（２）鋅板射出的光電子越多，鋅板周?chē)�的電�?chǎng)越強；（３）鋅板周?chē)�的電�?chǎng)阻礙光電子的射出，由于射出的光電子過(guò)少，無(wú)法觀(guān)察到驗電器指針的偏轉；（４）鋅板與驗電器的連接上存在漏電現象，也會(huì )影響指針偏轉的觀(guān)察．而后，根據這一實(shí)際情況，改進(jìn)光電效應的實(shí)驗裝置和做法，就可以成功演示光電效應實(shí)驗了，具體如圖２所示．為了減少鋅板與驗電器的連接漏電現象，將驗電器直接安裝到驗電器的頂端．為了避免鋅板周?chē)�電�?chǎng)對光電子的阻礙作用，將與毛皮摩擦過(guò)帶負電的橡膠棒接觸鋅板，使鋅板先帶上負電．弧光燈照射鋅板時(shí)，鋅板周?chē)�的電�?chǎng)不影響光電子的飛出，鋅板因飛出光電子，導致驗電器指針偏角減�。�現象明顯，效果很好．這都得益于教師教學(xué)經(jīng)驗的提升.

　　２物理學(xué)習路徑的尋找方法

　�。玻�１已有知識經(jīng)驗尋找的方法

　�。玻�１．１教材分析法通過(guò)教材分析法，了解學(xué)生共性的問(wèn)題，獲得學(xué)生初始的學(xué)習路徑．其中，教材分析要從物理核心素養的物理觀(guān)念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責任這四個(gè)維度來(lái)分析．例如，磁感應強度教學(xué)目標的分析．（１）物理觀(guān)念：說(shuō)出磁感應強度的物理意義、方向、大小和單位；知道磁感應強度定義式的適用條件；會(huì )解釋磁感應強度大小的決定因素；會(huì )用磁感應強度定義式判斷實(shí)際問(wèn)題和進(jìn)行相關(guān)的定量計算．（２）科學(xué)思維：通過(guò)磁感應強度與電場(chǎng)強度的比較，體會(huì )物理學(xué)中的類(lèi)比思維；通過(guò)電流元法、以勻代變極限思想和比值定義法的運用，領(lǐng)會(huì )物理學(xué)中的邏輯思維方法．（３）科學(xué)探究：通過(guò)演示實(shí)驗，體會(huì )磁感應強度概念形成的實(shí)驗方法；通過(guò)“探究影響通電導線(xiàn)受力因素”的實(shí)驗，領(lǐng)會(huì )控制變量法．（４）科學(xué)態(tài)度與責任：通過(guò)探究磁感應強度大小的決定因素，養成大膽質(zhì)疑的態(tài)度；通過(guò)不同磁場(chǎng)磁感應強度大小實(shí)驗的測定，形成嚴謹的科學(xué)態(tài)度．２．１．２訪(fǎng)談分析法訪(fǎng)談分析法是在了解學(xué)生共性的基礎上，融入學(xué)生個(gè)體差異的做法．例如，教師提出一個(gè)問(wèn)題：對計算任何用電器的電功率都適用的公式是Ｐ＝Ｗ／ｔ、Ｐ＝ＵＩ、Ｐ＝Ｉ２Ｒ、Ｐ＝Ｕ２／Ｒ．如某學(xué)生多選了Ｐ＝Ｉ２Ｒ和Ｐ＝Ｕ２／Ｒ．教師馬上就可以判斷出該學(xué)生沒(méi)有厘清純電阻電路和非純電阻電路的區別．又如，教師讓某學(xué)生說(shuō)出“在力學(xué)實(shí)驗中，哪些實(shí)驗要用到紙帶和打點(diǎn)計時(shí)器”？根據這位學(xué)生回答的多寡，教師可以獲取該學(xué)生“力學(xué)實(shí)驗綜合性程度”的高低情況．２．１．３問(wèn)卷調查法問(wèn)卷調查法是一種涉及到學(xué)生個(gè)人的調查方法，可以更快地了解學(xué)生的已有知識經(jīng)驗，包括學(xué)習經(jīng)歷、學(xué)到了什么和掌握程度３個(gè)方面．下面以伏安法測電阻實(shí)驗為例來(lái)說(shuō)明問(wèn)卷調查法的具體操作過(guò)程．（１）學(xué)習經(jīng)歷的問(wèn)卷調查．在伏安法測電阻實(shí)驗中：有無(wú)“在一大堆有多余器材中選擇合適儀器”進(jìn)行實(shí)驗的經(jīng)歷？有無(wú)根據指針的實(shí)際偏轉情況在實(shí)驗中靈活調整“電流表、電壓表量程”的經(jīng)歷？有無(wú)獨立操作“滑動(dòng)變阻器分壓式接法、限流式接法”的經(jīng)歷？有無(wú)“根據電流表、電壓表量程正確讀數”的經(jīng)歷？（２）學(xué)到了什么的問(wèn)卷調查．在伏安法測電阻實(shí)驗中：電表讀數一般不少于量程的多少分之一？在什么條件下宜用電流表外接法？在什么條件下宜用電流表內接法？（３）掌握程度的問(wèn)卷調查．在伏安法測電阻實(shí)驗中：在什么條件下宜用滑動(dòng)變阻器的分壓式接法？記錄電流、電壓數據時(shí)，電流表、電壓表的估讀有什么規則？

　�。玻�２學(xué)生思維過(guò)程尋找的方法

　�。玻�２．１觀(guān)察法觀(guān)察法主要涉及兩種方法，一是教師看學(xué)生做，二是教師聽(tīng)學(xué)生說(shuō)．例如，光電效應問(wèn)題．一波長(cháng)為２００ｎｍ的紫外光照射金屬銅，有光電子從銅表面逸出，經(jīng)過(guò)一個(gè)電場(chǎng)強度大小為１５Ｎ／Ｃ的勻強電場(chǎng)，最大運動(dòng)距離為０．１ｍ，則金屬銅的截止波長(cháng)為多大．教師讓學(xué)生自己先做．學(xué)生由愛(ài)因斯坦的光電效應方程Ｅｋ＝ｈν－Ｗ０，得０＝ｈνｃ－Ｗ０，而νｃ＝ｃλｃ，則λｃ＝ｈｃＷ０．教師看學(xué)生解到這一步時(shí)遇到了困難．他們不知道接下來(lái)如何求解逸出功Ｗ０的大�。�教師提示：從愛(ài)因斯坦的光電效應方程Ｅｋ＝ｈν－Ｗ０來(lái)看，逸出功Ｗ０與哪些物理量有聯(lián)系？（學(xué)生：與入射光的頻率和逸出光電子的最大初動(dòng)能有關(guān)．）教師問(wèn)：上述問(wèn)題可以轉化為求入射光的頻率和逸出光電子的最大初動(dòng)能．圖光電效應示意圖教師發(fā)現學(xué)生能順利求出入射光的頻率，ν＝ｃλ＝１．５×１０１５Ｈｚ．但在求逸出光電子的最大初動(dòng)能時(shí)又遇到了困難．于是，教師讓學(xué)生畫(huà)出示意圖，作出受力分析圖．然后，教師觀(guān)察學(xué)生所畫(huà)的示意圖，如圖３所示．學(xué)生：逸出的光電子在勻強電場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，有－ｅＵ＝０－Ｅｋ，Ｕ＝Ｅｄ，則光電子從銅表面逸出時(shí)的動(dòng)能為Ｅｋ＝２．４×１０－１９Ｊ．這時(shí)，學(xué)生能夠順利地往下解答了．學(xué)生結合Ｅｋ＝ｈν－Ｗ０，得λｃ＝ｈｃｈν－Ｅｋ，代入數據得λｃ＝２６０ｎｍ．通過(guò)觀(guān)察法，教師可以獲取學(xué)生的思維過(guò)程，如圖４所示．圖４學(xué)生的思２．２．２預測法（１）教師提出問(wèn)題．例如，教師問(wèn)：一個(gè)氫原子處于ｎ＝４的能級上，自發(fā)輻射時(shí)最多能輻射出幾種頻率不同的光子？教師預測多數學(xué)生的思維過(guò)程：一種是學(xué)生畫(huà)出如圖５所示的氫原子躍遷圖，認為自發(fā)輻射時(shí)最多能輻射出６種頻率不同的光子．另一種是學(xué)生根據Ｃ４２＝６，得出自發(fā)輻射時(shí)最多能輻射出６種頻率不同的光子．教師預測個(gè)別學(xué)生的思維過(guò)程：如圖５所示，畫(huà)的是一群氫原子處于ｎ＝４能級上，自發(fā)輻射時(shí)所輻射出不同頻率光子的情況．這樣的話(huà)，就有６種光子．但對于一個(gè)處于ｎ＝４的氫原子，躍遷時(shí)不能既從４→３，又從４→２，還從４→１．可以從４→１，輻射出一種光子．可以從４→３，３→２，輻射出２種光子．可以從４→３，３→１，輻射出兩種光子．可以從４→２，２→１，輻射出２種光子．可以從４→３，３→２，２→１，輻射出３種光子．如圖６所示，一個(gè)氫原子躍遷最多輻射的光子數應是３種．（２）教師問(wèn)學(xué)生是否這樣．學(xué)生思維過(guò)程的尋找還可根據教師的推測，問(wèn)學(xué)生是否這樣．例如，如圖７所示，物體相對轉動(dòng)圓盤(pán)靜止，隨圓盤(pán)一起做勻速圓周運動(dòng)，請判斷圖７靜摩擦力的方向物體所受靜摩擦力的方向．教師可以這樣問(wèn)學(xué)生：物體所受的靜摩擦力與相對運動(dòng)趨勢方向相反．由于俯視時(shí)，圓盤(pán)做逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)，圖示位置物體的速度方向垂直紙面指向紙內，物體有相對圓盤(pán)沿物體速度方向滑的趨勢，所以物體所受的靜摩擦力方向為垂直紙面指向紙外．這種說(shuō)法是否正確？教師還可以這樣問(wèn)學(xué)生：物體做勻速圓周運動(dòng)合力指向哪里？物體受到哪幾個(gè)力的作用？豎直方向上的重力和支持力是一對平衡力，水平方向的靜摩擦力應指向哪里？

　�。玻�３學(xué)生知識表征尋找的方法

　�。玻�３．１課堂提問(wèn)通過(guò)課堂提問(wèn)，讓學(xué)生在解釋中表征所學(xué)的知識．例如，關(guān)于純電阻電路與非純電阻電路的區別．教師可以這樣提問(wèn)：（１）純電阻電路工作時(shí)，Ｉ＝ＵＲ嗎，為什么？（２）非純電阻電路工作時(shí)，Ｉ＝ＵＲ嗎，為什么？如果不相等，那么Ｉ與ＵＲ相比，哪一個(gè)更大？２．３．２隨堂檢測通過(guò)隨堂檢測，尋找學(xué)生的知識表征．例如，在學(xué)生學(xué)了電勢能概念后，教師提出下列問(wèn)題，進(jìn)行隨堂檢測．有一所帶電荷量ｑ＝－２×１０－８Ｃ的點(diǎn)電荷，從電場(chǎng)中的Ａ點(diǎn)沿電場(chǎng)線(xiàn)移到Ｂ點(diǎn)，克服靜電力做功為６×１０－６Ｊ，從Ｂ點(diǎn)移到Ｃ點(diǎn)，靜電力做功為８×１０－６Ｊ．則（１）請判斷同一負電荷在Ａ、Ｂ、Ｃ３個(gè)不同位置處，電勢能的高低情況．（２）如以Ｃ點(diǎn)為零勢能點(diǎn)，電荷在Ａ點(diǎn)的電勢能為多少？學(xué)生在紙上畫(huà)出圖８，展示了他的思維過(guò)程．如Ｂ在Ａ右側，負電荷從Ａ到Ｂ，電場(chǎng)力做負功,則電場(chǎng)力向左．負電荷從Ｂ到Ｃ，電場(chǎng)力做正功，表明Ｃ在Ｂ左側，由于｜ＷＢＣ｜＞｜ＷＡＢ｜，則Ｃ在Ａ左側．因此，學(xué)生得到了如負電荷從Ｂ經(jīng)Ａ到Ｃ，電場(chǎng)力做正功，電勢能減小，則ＥｐＣ＞ＥｐＡ＞ＥｐＢ．學(xué)生在紙上寫(xiě)出了ＷＡＣ＝ＷＡＢ＋ＷＢＣ＝－６×１０－６Ｊ＋８×１０－６Ｊ＝２×１０－６Ｊ，以Ｃ點(diǎn)為零勢能點(diǎn)，ＷＡＣ＝ＥｐＡ－ＥｐＣ＝ＥｐＡ－０，則ＥｐＡ＝２×１０－６Ｊ．根據學(xué)生的展示情況，教師可以知道這位學(xué)生的知識表征是完善的．參考文獻：１蔡干斌．基于學(xué)生學(xué)習路徑的高中物理教學(xué)模式［Ｊ］．物理教師，２０１７（６）：１９－２２。

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