教师如何对待学生在物理学习中的疑问

朱伟杰

(杭州外国语学校,浙江杭州 310023)

学生在物理学习的过程中,免不了提出很多的疑问,作为物理教师,无论在课上还是课后,常要面对这些疑问、解决这些疑问.教师如何对待学生的这些疑问,关系到促进良好师生关系的形成,关系到增强学生学习物理的兴趣和自信,关系到提高学生物理学习成绩和创造力,这是一个值得深入探讨和实践的问题.

1 教师对学生提出疑问应持“肯定”态度

1.1 “肯定”体现以人为本的理念

每个学生都具有自己的个性特点,在学习中会有各种各样的疑问,教师应充分尊重学生个体,无论哪个学生提出疑问,无论学生提出怎样的疑问,教师都应持“肯定”态度.“皮格马利翁效应”告诉我们,信任和期待是一种力量.教师对学生个体所表现出的敢疑敢问予以充分的肯定和激励,能使学生由此产生成就感,更好地认识到自身的价值,有利学生个性发展.

1.2 “肯定”有利培养学生的创新精神

问题意识是创新的一个重要方面,发现疑问和提出疑问常常意味着创新的开始,没有疑问的发现和探究也就谈不上创新了.教师对学生提出疑问持“肯定”态度,有利保护学生的提问热情,也就是在一定程度上悉心呵护着学生创新的嫩芽.

1.3 “肯定”有利创设教学相长的氛围

韩愈在《师说》中说:“弟子不必不如师,师不必贤于弟子”,很多时候学生提出的疑问值得我们对疑问本身和教学重新审视,因此也促进了教师的专业成长.相反,如果教师出于狭隘的师道尊严,如怕被学生问住、面子上不好看而不喜欢学生“打破砂锅问到底”,错误地认为学生在课堂上与教师争辩问题是对自己的冒犯和不尊重、会降低自己的威信,就会导致师生关系的冷漠,不利教学相长.

2 教师应重视分析学生产生疑问的原因

学生产生疑问的原因很多,教师需要对学生产生疑问的原因进行深入分析,这样才能更好地切中疑问要害,在解决疑问和改进教学中起到事半功倍的效果.在教学中,我们发现有些疑问的产生原因比较常见.

2.1 学生对已学概念、规律的理解不够清晰导致的疑问

物理学科是对概念、规律的理解、应用要求较高的学科,很多时候,学生新课已经学过、甚至教师认为已经非常强调的一些知识点,学生仍然会出错,因而会有疑问,这样的疑问,有时会被教师认为是学生不够认真导致,或者被教师误认为多操练就能解决.事实上,疑问中有一些学生理解上的“暗雷”,如果不排除这些“暗雷”,随时会“爆炸”,因此,教师要重视和善于发现疑问所反映的学生对物理概念和规律理解上的偏差和错误,找到排除“暗雷”的突破口.

例 1.如图 1所示,阴影区域是质量为 M、半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分,所挖去的小圆球的球心和大球体球心间的距离是求球体剩余部分对球体外离球心O距离为2R、质量为m的质点P的引力.

图1

很多学生会通过杠杆平衡的知识,找出阴影区的质心,然后把质心和质点P之间的距离作为万有引力公式中两质点间的距离计算引力.

如果告诉学生应该求补全的大球与质点P的引力减去挖去的小球与质点P的引力的正确解法,学生仍会疑问他们的解法为什么是错误的?

如果教师对学生的疑问深入分析,可以发现原因:(1)缺乏实际物体看成(质点)模型的理想化过程,对于“只有对均匀球体才可将其看作是质量全部集中在球心的一个质点”这个结论,高中学生只是接受不会推导没有体会!(2)把物体质心(重心)的概念和质点模型的概念混淆,而且均匀球体的质心就是球心,也是计算引力时质点位置,事实上给学生以找到质心就找到质点位置的错觉.

2.2 教材编写或者习题编制不妥、错误导致的疑问

学生的疑问,有时是因为教材编写或者习题编制出现了不妥甚至错误,而学生的知识水平尚不能判断其不妥或错误,加上学生大多对课本和参考书权威信不大会怀疑,有时就会产生疑问,这样的疑问,就是我们教师也不一定会发现.

例2.人教版高中物理教材第3-4页上说:“同学们可能注意过这样的现象:当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶而过的时候,喇叭的音调会由高变低,好像汽车驶来的时候唱着音符“i”,离开的时候就唱音符“7”了”,又“1842年,……在铁道旁散步时就注意到了类似的现象,发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时,观察到的波的频率都会发生变化,并且做出了解释.人们把这种现象叫做多普勒效应”.

学生提出这样的疑问:前一段话说的是驶来和离开我们各听到某个频率“i”或“7”(恒定的!),后一句话说“互相靠近或者互相远离时,观察到的波的频率都会发生变化”,究竟该过程中听到的频率变不变啊?

例3.学生在参考书同一章里做到如下两道题:

题1.一个半径为 r的圆形铝环由静止开始在均匀向外辐射的磁场中下落,设圆环平面下落时始终保持水平,圆环处磁场的磁感应强度大小为B,如图2所示.已知圆环的铝线半径为 r0,密度为 ρ0,电阻率为 ρ,磁场范围足够大,试求圆环下落的稳定速度.

图2

图3

题2.一个质量为 m、直径为 d、电阻为 R的金属圆环,在范围足够大的磁场中竖直下落,磁场的分布情况如图3所示.已知磁感强度竖直方向分量By的大小只随高度y变化,其随高度 y变化关系为By=B0(1+ky)(此处 k为比例常数,且k＞0),其中沿圆环轴线的磁场方向始终向上.金属圆环在下落过程中的环面始终保持水平,速度越来越大,最终稳定为某一数值,称为收尾速度.求:圆环收尾速度的大小.

有学生进行了比较,提出了这样的疑问:两道题中金属环最终都是在重力和安培力的作用下匀速运动.然而,题1过程穿过圆环的磁通量为什么不变呢?如果教师不重视这个疑问并对这个问题进行深入研究,很难解答学生的这个疑问!如果告诉学生题1违背法拉第电磁感应定律,题目错误,还是难解学生心中的疑团!

事实上,关键在于题1编制出了问题.应用磁场的高斯定理:任何磁场中通过任意封闭曲面的磁通量总等于零,即0,如图 4,对题2中圆环匀速下落时一小段高度构成的闭合曲面,设磁通量穿出曲面为正,穿入为负,有:

图4

而题1中取这样的闭合曲面,磁感线都是穿出曲面,磁通量不等于0,这样的磁场理想模型违反了理想模型的客观性原则,成了不是理想而是臆想出来的模型,是错误的!这一点,作为高中学生一般并不了解.

2.3 学生自主探究中的疑问

学生在实验、概念、规律和解题思路的探究中,也会遇到各种困难,产生一些疑问.

我们强调教学要了解学生,但是有很多时候教师了解得不够,学生的思维角度和方式常出乎我们的意料,而学生限于知识水平和探究能力,存在一些一时解决不了的疑问.

例4.如图5从倾角为θ的斜面上的A点以初速度v0沿水平方向抛出一个小球,落在斜面上B点.求:小球从 A到B的运动过程中,何时与斜面距离最大?最大距离多大?

图5

图6

对于这个习题,一般介绍给学生利用垂直斜面的分运动是类竖直上抛运动的方法求解(如图6).可知,垂直斜面的速度减小为0时,是物体离斜面距离最大时.由匀变速直线运动规律解得时,最大距离 Hm=

上述解法确实是巧妙的,学生也颇为欣赏,但课后有些学生想“另辟蹊径”:能不能用点到斜面的距离的数学方法来求解?怎么求?有想法却下不去手的学生很多.仔细分析:学生希望用自己的方式解决!因学生经过多年的数学学习,很习惯于从数学的思维解决物理问题,而要将数学知识熟练应用于解决物理问题有时并不得心应手!

3 教师解决学生疑问的“三不”原则

疑问产生并提出来了,太值得教师动脑筋、花力气去解决!解决疑问,不能限于找到疑问的正确解答,不能采用脱离学生实际的知识和方法把疑问越解越疑,教师也不能仅将自己定位在“解惑者”.在洞悉学生产生疑问的原因的基础上,教师应依据如下原则解决疑问:

3.1 不“毛糙”

高中物理教学中有很多要求学生必须掌握的重要概念、规律和方法,学生的有些疑问就是反映对这些内容的理解、掌握出现不到位、偏差甚至错误,对于这样的疑问,教师不能毛毛糙糙轻易放过,必要时要放慢节奏、“小题大做”.

如例1,针对前面分析的原因,可通过提问讨论、比较、举例等多种方法着力解决一连串问题:(1)万有引力公式中的距离r的定义是什么?(2)什么叫质点?(3)什么样的条件下才能把一个物体视作质点?(条件性)(4)什么叫质心?(5)每个物体都有质心吗?!(6)本题中阴影区域找到了质心,但有能看成质点的依据吗?(7)均匀球体可以……,那么怎解决本题?(8)如例举正三角形顶点上3个同样的球,求两个球对第3个球的万有引力.(让学生体会找两球质心的做法对吗?)

通过这样的教学过程,疑问自然解决了,概念更清晰了,还对学生在实际问题中建立模型的过程和方法有一定的养成作用.

3.2 不“高深”

有些疑问,限于高中学生的水平,难以直接或者严密解答.如果教师不充分考虑到这一点,告诉学生“这是大学里才能解决”,或者“知道这样就行了”,学生的疑团没有解开,思维得不到发散,还会打击学生疑问的积极性.其实很多看似需要用“高深”的知识或理论才能解决的疑问,教师可以设法通过学生能接受的方法令学生释然.

图7

上例2中学生的疑问受多普勒效应公式高中不作要求的限制也比较难解决,尤其波源运动不在波源与观察者连线上的情形.但书本上出现了这个不妥和前后文字表达上的矛盾,还是要想办法解决.可以按照单位时间内通过观察者的波峰(或密部)的数目的示意图7简单处理.如果观察者(R)在波源的运动方向上,波源匀速,收到的频率不同于波源频率但却是恒定的;如果观察者(R′)不在波源的运动方向上,即使波源匀速,收到的频率不同于波源频率并且也是变化的.如果教师图示清晰,讲解到位,学生完全可以理解.如果教师鼓励一下学生,有兴趣可以自己推导一下公式或者参看一下有关推导作为提高,那就既避免了用“高深”的办法解决疑问,又可能让部分学生了解了“高深”的内容.

同样,例3中对没有学过磁场高斯定理的高中学生,不妨:(1)归谬法:如果题1的辐向磁场成立的话,这些磁感线都是不闭合的,中间是 N极,那么 S极在哪儿呢?没有!这和课本上介绍的磁体有两极,磁单极子是不存在的知识是矛盾的!(2)对题1错误磁场进行解释和完善:应理解为相当于题2中圆环所在处磁场的水平分量,但不只存在水平分量,应像题2那样还有竖直分量!所以,两题中金属环下落磁通量都是有变化的.

3.3 不“单一”

学生提出的疑问,有难易之分,有个体性和代表性之分,也有稍疑即问和三思而后问之分,还有为学而问和为问而问.教师也应在对待这些不同疑问时有所区别.有些只需个别解决,而有些则需要课堂上解决.对于稍疑即问和为问而问的学生,还需要从学生独立思考等学习习惯和方法上加以引导.

教师解决学生的疑问,理应是教学的重要组成部分.教学的方式、方法有很多,解决疑问也应如此,要根据具体的情况来选择、设计.

需要重视的是:“学生只是被动地接受教师赐予的东西,往往会养成学生盲从及屈从的态度与性格.与此相反,唤起学生积极的探究精神,引导他们逐步依靠自己的力量来解决学习问题,发现知识,就会养成学生独立地、创造地、友善地实现目标的态度与性格,形成锲而不舍的顽强意志与人格”.因此,教师通过引导学生自主探究来解决他们提出的疑问是值得首先考虑和尝试的.

例如例4,“能不能用数学中点到斜面的距离的方法来求解?怎么求?”,这实际上是个很好的思路,应用数学方法解决物理问题也是物理教学所要培养的重要能力!实际上有相当数量的学生开始都想到了数学中点到直线的距离这个知识点,一个或几个学生难以实施而成疑问,那么如果在教师的引导下全班一起来探究呢?因此笔者曾经一试,讨论交流很热烈,而且探究出多个解法:

图8

图9

还联想到利用之前习题的一个结论来求解:

解法4:利用平抛运动任意时刻的瞬时速度的反向延长线必通过此刻对应水平位移中点的结论:

如图10,设D点的速度v平行斜面(DE为题中所求最大距离),其反向延长线交于水平位移 AP的中点G.作GF垂直斜面,则 GF=DE.

图10