物理學(xué)習(xí)路徑與尋找方法論文

　　摘要：揭示了物理學(xué)習(xí)路徑的３個特征，提出了物理學(xué)習(xí)路徑起點(diǎn)、過程和終點(diǎn)的尋找方法，為教師根據(jù)物理學(xué)習(xí)路徑來設(shè)計教學(xué)路徑提供了有益的途徑．

　　關(guān)鍵詞：物理學(xué)習(xí)路徑；特征；尋找方法

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

　　１物理學(xué)習(xí)路徑的特征

　�。保�１適切性

　　學(xué)生的物理學(xué)習(xí)路徑并非只有一條，世界上也不存在最好的學(xué)習(xí)路徑．但應(yīng)有一條非常適合自己學(xué)校、自己眼前學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑．這條學(xué)習(xí)路徑受制于學(xué)校的硬件、學(xué)生的基礎(chǔ)和教師的能力等實(shí)際情況．像某些實(shí)驗(yàn)，由于學(xué)校的器材太少，只能做做演示實(shí)驗(yàn)，無法開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)．這時，學(xué)生的物理學(xué)習(xí)路徑就只有通過觀察演示實(shí)驗(yàn)、討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論等過程而展開．象有些實(shí)驗(yàn)方案很多，由于學(xué)習(xí)時間有限，我們也不可能在一節(jié)課中將每種方案都試過去．例如，“實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量”的學(xué)習(xí)，可用于探究的學(xué)習(xí)路徑很多．有“用氣墊導(dǎo)軌做碰撞實(shí)驗(yàn)”、“用兩個懸掛的擺球做碰撞實(shí)驗(yàn)”、“用裝有撞針的小車與裝有橡皮泥的小車做碰撞實(shí)驗(yàn)”、“質(zhì)量不同小球碰后做平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)”等多種形式．如考慮到實(shí)驗(yàn)的精度問題，學(xué)校又恰好有氣墊導(dǎo)軌器材，可選用第１種學(xué)習(xí)路徑來學(xué)習(xí)．如考慮到學(xué)生動手操作能力的培養(yǎng)，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(xí)路徑來學(xué)習(xí)．但第２種方案需要學(xué)校自制的擺球碰撞器材．有些學(xué)校缺少這方面的開發(fā)能力，就不好采用此種學(xué)習(xí)路徑．如考慮到學(xué)校購置的小車上按有撞針，可選用第３種學(xué)習(xí)路徑．但有些學(xué)校根本沒有能按撞針的小車，就不好選用第３種學(xué)習(xí)路徑．這時第４種學(xué)習(xí)路徑———用“質(zhì)量不同小球碰后做平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)”來探究碰撞規(guī)律，就不失為一條較為合適的學(xué)習(xí)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)，來選擇當(dāng)前最適切的學(xué)習(xí)路徑．但是，這一條路徑對其他學(xué)校、其他學(xué)生、其他教師來說，就不一定是最佳的．

　�。保�２靈活性

　　在物理學(xué)習(xí)中，物理學(xué)習(xí)路徑隨不同學(xué)校教學(xué)資源的不同而靈活變化．例如，在沒有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的日子里，學(xué)生學(xué)習(xí)“作用力與反作用力的關(guān)系”時，只能用兩把彈簧秤來探究兩者的大小與方向關(guān)系．但局限于靜態(tài)問題的實(shí)驗(yàn)．對于加速、減速時，兩者的大小、方向關(guān)系就無從入手．待有了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具后，學(xué)生的物理學(xué)習(xí)路徑就發(fā)生了質(zhì)的變化．學(xué)生學(xué)習(xí)這一關(guān)系時，可以親手通過力傳感器來比較“物體做直線運(yùn)動、曲線運(yùn)動”，“加速運(yùn)動、減速運(yùn)動、勻速運(yùn)動”，以及處于靜止?fàn)顟B(tài)時，兩力的大小、方向問題．在光影畫布、頻閃小球出現(xiàn)前，我們在探究平拋運(yùn)動規(guī)律的學(xué)習(xí)路徑中，常用“描跡法”畫出小球做平拋運(yùn)動的軌跡，再來研究小球做平拋運(yùn)動的規(guī)律．現(xiàn)在時代發(fā)展了，有了光影畫布和頻閃小球作為物理學(xué)習(xí)的用具，學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑就發(fā)生了質(zhì)變．只要在光影畫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布上留下的痕跡來進(jìn)行研究．顯然，在新課學(xué)習(xí)中，后一種學(xué)習(xí)路徑就比原先的要好得多．當(dāng)然，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，還是保留“留跡法”這條學(xué)習(xí)路徑．因?yàn)樗�蘊(yùn)含了一種獨(dú)特的研究路徑，在此不再贅述．

　　１．３發(fā)展性

　　學(xué)習(xí)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(yàn)、教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展而發(fā)展的．第一，學(xué)習(xí)路徑隨教學(xué)理念的發(fā)展而發(fā)展．應(yīng)試導(dǎo)向的學(xué)習(xí)路徑與素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)路徑是不同的．像《伽利略對自由落體運(yùn)動的研究》之類的物理學(xué)史課，在應(yīng)試導(dǎo)向的教學(xué)中，主要采用教師講學(xué)生聽的方式進(jìn)行，教師講完后，再提供幾個�？嫉奈锢韺W(xué)思想方法問題讓學(xué)生練習(xí)．同一個課題，在素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)中，教師設(shè)置問題情境、利用已有知識、運(yùn)用真實(shí)實(shí)驗(yàn)等多種方法，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑，獲得更好的教育效益．具體操作如下：（１）教師設(shè)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(dǎo)學(xué)生利用已有的知識經(jīng)驗(yàn)對“做自由落體運(yùn)動物體的速度與時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(yàn)；（３）教師提供滴水計時裝置，讓學(xué)生模擬伽利略當(dāng)年做過的“斜面實(shí)驗(yàn)”，通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)伽利略的“斜面實(shí)驗(yàn)”思想．第二，學(xué)習(xí)路徑隨學(xué)生知識經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展而發(fā)展．學(xué)生學(xué)了運(yùn)動學(xué)規(guī)律和牛頓運(yùn)動定律后，碰到動力學(xué)問題就只能用“力觀點(diǎn)的路徑”來解決．及至學(xué)了動能定理和能量守恒定律后，學(xué)生的能力提升了，碰到動力學(xué)問題就能用“力觀點(diǎn)的路徑”和“能量觀點(diǎn)的路徑”來解決．這時，就會優(yōu)先考慮用“能量觀點(diǎn)的路徑”來解決動力學(xué)問題．等到學(xué)了動量定理和動量守恒定律后，學(xué)生的能力更強(qiáng)了，碰到動力學(xué)問題就能用“力觀點(diǎn)的路徑”、“能量觀點(diǎn)的路徑”和“動量觀點(diǎn)的路徑”來解決．對于單一物體，就會優(yōu)先考慮動能定理和動量定理．對于多個物體組成的系統(tǒng)，就會優(yōu)先考慮機(jī)械能守恒定律與動量守恒定律，不會都從牛頓運(yùn)動定律出發(fā)來求解了．第三，學(xué)習(xí)路徑隨教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展而發(fā)展．教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展，會促使教學(xué)方法的改變，將直接影響著學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的變化．如圖１所示是教材上的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)．教師按照這個實(shí)驗(yàn)來演示，驗(yàn)電器指針根本不會張開，無法達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果．初入職教師常借助ＰＰＴ呈現(xiàn)圖１，采用講實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的方法來教學(xué)．等教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)增加后，他們會分析這一實(shí)驗(yàn)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，在鋅板周圍形成一個電場；（２）鋅板射出的光電子越多，鋅板周圍的電場越強(qiáng)；（３）鋅板周圍的電場阻礙光電子的射出，由于射出的光電子過少，無法觀察到驗(yàn)電器指針的偏轉(zhuǎn)；（４）鋅板與驗(yàn)電器的連接上存在漏電現(xiàn)象，也會影響指針偏轉(zhuǎn)的觀察．而后，根據(jù)這一實(shí)際情況，改進(jìn)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置和做法，就可以成功演示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)了，具體如圖２所示．為了減少鋅板與驗(yàn)電器的連接漏電現(xiàn)象，將驗(yàn)電器直接安裝到驗(yàn)電器的頂端．為了避免鋅板周圍電場對光電子的阻礙作用，將與毛皮摩擦過帶負(fù)電的橡膠棒接觸鋅板，使鋅板先帶上負(fù)電．弧光燈照射鋅板時，鋅板周圍的電場不影響光電子的飛出，鋅板因飛出光電子，導(dǎo)致驗(yàn)電器指針偏角減�。�現(xiàn)象明顯，效果很好．這都得益于教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的提升.

　　２物理學(xué)習(xí)路徑的尋找方法

　�。玻�１已有知識經(jīng)驗(yàn)尋找的方法

　�。玻�１．１教材分析法通過教材分析法，了解學(xué)生共性的問題，獲得學(xué)生初始的學(xué)習(xí)路徑．其中，教材分析要從物理核心素養(yǎng)的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這四個維度來分析．例如，磁感應(yīng)強(qiáng)度教學(xué)目標(biāo)的分析．（１）物理觀念：說出磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義、方向、大小和單位；知道磁感應(yīng)強(qiáng)度定義式的適用條件；會解釋磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的決定因素；會用磁感應(yīng)強(qiáng)度定義式判斷實(shí)際問題和進(jìn)行相關(guān)的定量計算．（２）科學(xué)思維：通過磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場強(qiáng)度的比較，體會物理學(xué)中的類比思維；通過電流元法、以勻代變極限思想和比值定義法的運(yùn)用，領(lǐng)會物理學(xué)中的邏輯思維方法．（３）科學(xué)探究：通過演示實(shí)驗(yàn)，體會磁感應(yīng)強(qiáng)度概念形成的實(shí)驗(yàn)方法；通過“探究影響通電導(dǎo)線受力因素”的實(shí)驗(yàn)，領(lǐng)會控制變量法．（４）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過探究磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的決定因素，養(yǎng)成大膽質(zhì)疑的態(tài)度；通過不同磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小實(shí)驗(yàn)的測定，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度．２．１．２訪談分析法訪談分析法是在了解學(xué)生共性的基礎(chǔ)上，融入學(xué)生個體差異的做法．例如，教師提出一個問題：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)生沒有厘清純電阻電路和非純電阻電路的區(qū)別．又如，教師讓某學(xué)生說出“在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，哪些實(shí)驗(yàn)要用到紙帶和打點(diǎn)計時器”？根據(jù)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(yàn)綜合性程度”的高低情況．２．１．３問卷調(diào)查法問卷調(diào)查法是一種涉及到學(xué)生個人的調(diào)查方法，可以更快地了解學(xué)生的已有知識經(jīng)驗(yàn)，包括學(xué)習(xí)經(jīng)歷、學(xué)到了什么和掌握程度３個方面．下面以伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)為例來說明問卷調(diào)查法的具體操作過程．（１）學(xué)習(xí)經(jīng)歷的問卷調(diào)查．在伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)中：有無“在一大堆有多余器材中選擇合適儀器”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷？有無根據(jù)指針的實(shí)際偏轉(zhuǎn)情況在實(shí)驗(yàn)中靈活調(diào)整“電流表、電壓表量程”的經(jīng)歷？有無獨(dú)立操作“滑動變阻器分壓式接法、限流式接法”的經(jīng)歷？有無“根據(jù)電流表、電壓表量程正確讀數(shù)”的經(jīng)歷？（２）學(xué)到了什么的問卷調(diào)查．在伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)中：電表讀數(shù)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(nèi)接法？（３）掌握程度的問卷調(diào)查．在伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)中：在什么條件下宜用滑動變阻器的分壓式接法？記錄電流、電壓數(shù)據(jù)時，電流表、電壓表的估讀有什么規(guī)則？

　�。玻�２學(xué)生思維過程尋找的方法

　�。玻�２．１觀察法觀察法主要涉及兩種方法，一是教師看學(xué)生做，二是教師聽學(xué)生說．例如，光電效應(yīng)問題．一波長為２００ｎｍ的紫外光照射金屬銅，有光電子從銅表面逸出，經(jīng)過一個電場強(qiáng)度大小為１５Ｎ／Ｃ的勻強(qiáng)電場，最大運(yùn)動距離為０．１ｍ，則金屬銅的截止波長為多大．教師讓學(xué)生自己先做．學(xué)生由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ｅｋ＝ｈν－Ｗ０，得０＝ｈνｃ－Ｗ０，而νｃ＝ｃλｃ，則λｃ＝ｈｃＷ０．教師看學(xué)生解到這一步時遇到了困難．他們不知道接下來如何求解逸出功Ｗ０的大小．教師提示：從愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ｅｋ＝ｈν－Ｗ０來看，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能有關(guān)．）教師問：上述問題可以轉(zhuǎn)化為求入射光的頻率和逸出光電子的最大初動能．圖光電效應(yīng)示意圖教師發(fā)現(xiàn)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能時又遇到了困難．于是，教師讓學(xué)生畫出示意圖，作出受力分析圖．然后，教師觀察學(xué)生所畫的示意圖，如圖３所示．學(xué)生：逸出的光電子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動時，有－ｅＵ＝０－Ｅｋ，Ｕ＝Ｅｄ，則光電子從銅表面逸出時的動能為Ｅｋ＝２．４×１０－１９Ｊ．這時，學(xué)生能夠順利地往下解答了．學(xué)生結(jié)合Ｅｋ＝ｈν－Ｗ０，得λｃ＝ｈｃｈν－Ｅｋ，代入數(shù)據(jù)得λｃ＝２６０ｎｍ．通過觀察法，教師可以獲取學(xué)生的思維過程，如圖４所示．圖４學(xué)生的思２．２．２預(yù)測法（１）教師提出問題．例如，教師問：一個氫原子處于ｎ＝４的能級上，自發(fā)輻射時最多能輻射出幾種頻率不同的光子？教師預(yù)測多數(shù)學(xué)生的思維過程：一種是學(xué)生畫出如圖５所示的氫原子躍遷圖，認(rèn)為自發(fā)輻射時最多能輻射出６種頻率不同的光子．另一種是學(xué)生根據(jù)Ｃ４２＝６，得出自發(fā)輻射時最多能輻射出６種頻率不同的光子．教師預(yù)測個別學(xué)生的思維過程：如圖５所示，畫的是一群氫原子處于ｎ＝４能級上，自發(fā)輻射時所輻射出不同頻率光子的情況．這樣的話，就有６種光子．但對于一個處于ｎ＝４的氫原子，躍遷時不能既從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，一個氫原子躍遷最多輻射的光子數(shù)應(yīng)是３種．（２）教師問學(xué)生是否這樣．學(xué)生思維過程的尋找還可根據(jù)教師的推測，問學(xué)生是否這樣．例如，如圖７所示，物體相對轉(zhuǎn)動圓盤靜止，隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動，請判斷圖７靜摩擦力的方向物體所受靜摩擦力的方向．教師可以這樣問學(xué)生：物體所受的靜摩擦力與相對運(yùn)動趨勢方向相反．由于俯視時，圓盤做逆時針方向轉(zhuǎn)動，圖示位置物體的速度方向垂直紙面指向紙內(nèi)，物體有相對圓盤沿物體速度方向滑的趨勢，所以物體所受的靜摩擦力方向?yàn)榇怪奔埫嬷赶蚣埻猓�這種說法是否正確？教師還可以這樣問學(xué)生：物體做勻速圓周運(yùn)動合力指向哪里？物體受到哪幾個力的作用？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(yīng)指向哪里？

　　２．３學(xué)生知識表征尋找的方法

　�。玻�３．１課堂提問通過課堂提問，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(qū)別．教師可以這樣提問：（１）純電阻電路工作時，Ｉ＝ＵＲ嗎，為什么？（２）非純電阻電路工作時，Ｉ＝ＵＲ嗎，為什么？如果不相等，那么Ｉ與ＵＲ相比，哪一個更大？２．３．２隨堂檢測通過隨堂檢測，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，從電場中的Ａ點(diǎn)沿電場線移到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(fù)電荷在Ａ、Ｂ、Ｃ３個不同位置處，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)生在紙上畫出圖８，展示了他的思維過程．如Ｂ在Ａ右側(cè)，負(fù)電荷從Ａ到Ｂ，電場力做負(fù)功,則電場力向左．負(fù)電荷從Ｂ到Ｃ，電場力做正功，表明Ｃ在Ｂ左側(cè)，由于｜ＷＢＣ｜＞｜ＷＡＢ｜，則Ｃ在Ａ左側(cè)．因此，學(xué)生得到了如負(fù)電荷從Ｂ經(jīng)Ａ到Ｃ，電場力做正功，電勢能減小，則ＥｐＣ＞ＥｐＡ＞ＥｐＢ．學(xué)生在紙上寫出了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(jù)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(xiàn)：１蔡干斌．基于學(xué)生學(xué)習(xí)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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