例谈物理情境的有效挖掘与思维能力的培养
刘宏 山东省日照第一中学 276800
发表于《中学物理》2015年第1期
摘要：本文通过具体的教学实例阐述挖掘物理教学情境潜在教育功能的途径，以及对应的各种思维能力的培养。
具体以“传送带问题”为例从六个方面进行了阐述：1、一题多解培养创新思维。2、“有效追问”培养纵向思维。3、开放式挖掘培养发散思维。4、“反弹琵琶”引导逆向思维。5、改头换面，知识迁移。6、多题归一培养收敛思维。
关键词：教学情境 情境挖掘 有效教学 思维能力
建构主义理论认为：“知识不是被动接受的,而是学生在一定的情境下,借助已有的生活经验和知识,主动地建构而获得的”。创设问题情境是帮助学生建构知识的必要途径。而如何有效挖掘情境的教育功能、培养学生的思维能力则是需要我们深刻思考的问题。笔者在教学中注重对教学情境进行“二次开发与挖掘”，以此有效的训练学生的思维，取得良好的教学效果，本文就以“传送带问题”为例谈一下教学情境的有效挖掘与思维能力的培养。
【基础情境】如图所示为仓库中常用的皮带传输装置示意图，它由两台皮带传送机组成，一台水平，A、B两端相距s=3 m，另一台倾斜，传送带与地面的倾角θ＝37°，C、D两端相距4.45 m，B、C相距很近．水平部分AB以v0＝5 m/s的速率顺时针转动．将质量为10 kg 的一袋大米无初速度放在A端，到达B端后，速度大小不变地传到倾斜的CD部分，米袋与传送带间的动摩擦因数均为0.5.已知g＝10 m/s2，sin θ＝0.6，cos 37°＝0.8，试求：
(1)若CD部分传送带不运转，求米袋沿传送带所能上升的最大距离．
(2)若要米袋能被传送到D端，求CD部分顺时针运转的最小速度，以及米袋从C端到D端所用的最长时间．
【教学情境分析】这个情境非常典型，既有水平传送带模型又有倾斜传送带模型。如果教师能够因势利导，把教学情境进一步挖掘，则更能发挥情境的教育作用，学生的思维能力也能够得到有效的锻炼。下面是笔者的几点做法与体会：
1、一题多解，注重创新思维品质的提升。
同一个问题情境，可以通过“一题多解”的有效贯穿,利用不同的思维途径法开阔思路，提升学生的创新思维品质。
在第（1）问中，我们首先要运用假设法判断米袋在水平传送带上的运动过程。在判断时，既可以通过比较达到与传送带同速所需通过的位移与传送带的长度来进行判断，也可以通过比较若一直加速所能达到的速度与传送带的速度来进行判断；而在计算过程中，既可以运用牛顿第二定律结合运动学公式，也可以运用动能定理或能量守恒，方法非常灵活。学生在“一题多解”的训练中，突破了定势思维、训练了思维的灵活性与创新性。
2、对情境纵向挖掘，“有效追问”。培养学生纵向思维能力。
纵向思维就是顺着已有的问题向纵深发展。教学上就是教师进行连续的“有效追问”，后一个问题是前一个问题的继续或拓展，这样“问题链”就成为学生思维的阶梯，使学生思维能力得到有层次的提高。
第（1）问的基础上，纵向挖掘：
【纵向挖掘点1】物体无初速度的放在水平传送带的不同位置，则其沿斜面上升的最大距离也不同，设物体放上传送带时离A点的距离为x，请写出物体沿斜面上升的最大距离l与x的关系，并画出l—x图像。
解：如图：（1）若x＜2.5m，水平传送带上：
，
斜面上：
得：
；
（2）若x≥2.5m，则l值固定：
。
评价：能够让学生对物体在传送带上的两种运动的可能性有更直观而深刻的认识，抓住了问题的本质，并且培养了学生利用图像表述问题和分析问题的能力。
【纵向挖掘点2】米袋在水平传送带上运动的过程中，产生的热量是多少？
【纵向挖掘点3】米袋在水平传送带上运动的过程中,电动机因传送米袋多消耗多少电能？
评价：引导学生从能量角度对传送带问题进一步分析，设问层层深入，思维梯度递增，使学生对传送带问题的动力学本质与能量本质有了更深刻的理解。实现了纵向思维能力的训练与提升。
3、举一反三，横向开放式挖掘。培养学生发散思维能力。
如果说纵向思维是“深”度的，那么横向思维就是“广”度的，横向思维可以帮助学生举一反三，触类旁通。在教学情境的挖掘过程中，可以设置开放式的问题情境，对学生进行横向发散思维能力的训练。
【横向挖掘点4】物体在水平传送带上运动的可能性。
如图所示，一粗糙的水平传送带以恒定的速度v1沿顺时针方向运动，传送带的左、右两端皆有一与传送带等高的光滑水平面，一木块以恒定的速度v2沿水平面分别从左、右两端滑上传送带，随初速度v2大小的不同，运动过程会有所不同。
1、 木块从左端滑上传送带可能会做哪几种运动？
2、 木块从右端滑上传送带可能会做哪几种运动？
解答：1、从左端滑上：v2 >v1 ① v2 >>v1 一直匀减速。
② v2 >v1 先减速后匀速。
v1 ＝v2 匀速
v1 <v2 ① 一直匀加速
②先加速后匀速
2、从右端滑上：v2 >v1 ① v2 >>v1 一直匀减速到达对面。
② v2 >v1 先减速后反向加速再匀速。
v1 ＝v2 或 v1 <v2 先减速后反向加速 对称性
这样随着学生思维的发散，能够更好的理解水平传送带模型中物体与传送带之间的相互作用和制约关系。对促进学生的思维开放、培养学生的创新思维能力有着非常重要的意义。
4、巧妙“反弹琵琶”，引导逆向思维。
逆向思维是从习惯思维的反方向去思考和分析问题，是一种富有创造性的求异思维。在情境的第（2）问求最长运动时间的基础上，就可以反弹琵琶出新意，引导学生的逆向思维，有效的培养学生的思维灵活性、批判性和独特创造性：
【挖掘点5】米袋从C端到D端所用的最短时间?
若倾斜传送带速度足够大，米袋受到的摩擦力沿斜面向上，一直做匀减速运动，
，
，
，得
5、改变条件，改头换面，训练知识迁移的能力。
知识迁移能力是将所学知识应用到新的情境时所体现出的一种素质和能力。在挖掘教学情境的过程中，可以将情境改变条件，改头换面，训练学生的知识迁移能力。
【挖掘点6】米袋恰到达D点后，将CD传送带变为逆时针转动，速度为6m/s，则从米袋D端到C端需多长时间?
解：
这样题目仅仅改变了两个条件，却有效的训练了学生的迁移能力。情境的作用得到了有效发挥。
6、返璞归真，利用多题归一进行收敛思维的训练。
如果说教学情境的挖掘是“放”，那么在最后就一定要“收”。这个“收”就是抓住教学情境的本质，进行收敛思维的训练。
收敛思维是沿着解决问题的途径，把思维活动指向事物的本质与规律。前面在分析米袋在倾斜传送带上的运动时，不论题目条件如何变化，有多少种运动的可能性，都可以“多题归一”，引导学生按照一定的思维程序进行分析，这就是收敛思维的求同性和程序性。
教学情境的创设是一个“蓄势”的过程。而教学情境的挖掘则是一个“顺势而为”的过程。通过各种手段与方法将其再加工再创造，挖掘更科学、更精彩、更适用的教学元素，充分发挥情境的教育功能，培养学生的思维能力。我们的物理课堂设计定会实现高效的突破。
参考文献：
1、文学荣 《新课程下教师课堂教学情境创设能力培养与提升》 新华出版社 2005.4
2、朱龙祥 《物理教学思维方式》 首都师范大学出版社 2003.9
3、吴志山 《有效追问 提升习题教学品位》 《物理教学 》 2012第6期
4、唐一鸣 《物理教学艺术论》广西教育出版社 2002.10
