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1、物理竞赛辅导中培养学生创新能力教学初探 王光明中学物理竞赛的目的是促进中学生提高学习物理的主动性和兴趣，改进学习方法，增强学习能力，发现具有突出才能的表少年，以便更好地对他们进行培养。中学物理竞赛所需的知识容量较大，所涉及领域新颖，所用的科学方法较多，集科研性、综合性、方法性、技术性于一体，它是培养优秀学生进行创新意识和创新精神的肥沃土壤，中学物理竞赛辅导教学是进行物理创新教学的一重要途径。下面就在物理竞赛辅导教学如何培养学生的创能力谈几点做法。一注重知识的拓展创新，培养学生的知识拓展创新能力物理竞赛中所用到的部分知识已超出
2、高中物理教学大纲要求，有些是对高中物理知识的拓展（从定性到定量，从特殊到一般等），进行这些知识教学时，传统的做法是教师直接向学生给出，这种做法注重向学生灌输知识，而没有向学生揭示物理知识产生的本源，没有向学生展示物理知识产生、发展、进化的认识过程。物理竞赛中，在进行这些新知识教学时，教师可以通过创设悖论教学情景，向学生揭示高中原有知识的局限性和适用范围，激发学生探索新知识的动机，引导学生探索概括水平更高的新知识，真正实施物理知识的拓展创新，培养学生的科学素养和求真创新能力。物理竞赛辅导教学中，知识创新和拓展创新的内容包括以下
3、几个方面：（1）运用已学的高中物理知识结合物理思维方法（微元、等效、图象、对称等）推出新的知识。例如，静电场教学中，关于无限大带电线电荷模型、无限大面电荷模型产生的电场强度，在大学物理中运用高斯定理导出，在高中物理竞赛辅导中我们引导学生运用微元、对称结合电场叠加方法推出这两种电荷模型产生电场强度公式；又如，我们引导学生运用微元、图象累加方法推出电容中电场能公式E=CU2/2和自感线圈磁场能公式E=LI2/2，从而实现知识的创新。（2）通过创设悖论教学情景，揭示高中物理原有知识（概括水平较低，适用范围较狭）的局限性，通过拓展创
4、新，给出概括水平较高，适用范围较广的新的知识。例如，质点动能定理是高考物理所要求的，系统动能定理是物理竞赛所要求的，在物理竞赛辅导中我们通过创设如下悖论教学情景来给出系统动能定理。[原有知识]:质点动能定理(合外力对物体所做功等于物体动能改变量---W＝ΔEk)。[新的问题]:如图1所示,质量为M的木板放在光滑的水平面上以v的速度水平向右运动,现在木板的左端无初速地放一个大小不计质量为m的木块B,木块与木板之间有磨擦,为了使木板还以v的速度做匀速直线运动,须在木板上作用一水平向右的恒力F.试求:从放入木块到木块和木板刚一起运
5、动过程中F所做功W.[导致悖论]:解法1.较多学生运用质点动能定理解答这个问题,认为F所做功就是二个物体组成系统所受合外力所做功,应等于系统动能增量,因而得:W=mv2/2.解法2.F=μmg,S=vt,t=v/a,a=μg,因而得F所做功为:W=mv2.二种方法所得结果不同,导致悖论。[拓展创新]:产生上述悖论后,学生感到很惊讶，迫切想知道矛盾原因，激发了探索动机，此时教师引导学生分析矛盾的原因(从功能角度分析，力F所做功除了使二物体组成的系统的动能增加外，还有内能产生，因而，原有适用于质点的动能定理在应用于二个物体以上的
6、质点系统时需要修正，方法一是错误的)。在此基础上，教师引导学生导出系统动能定理：W外+W内=ΔEk（合外力对系统所做功和系统内力做功之和等于系统动能的增量）。（3）通过创设悖论问题情景，揭示原有模型的错误，通过创新提出正确模型。例如，对于轻质线杆，学生对这个模型的认识往往是带有片面性，为了使学生对这个模型有一个正确、全面的认识，我们在物理竞赛辅导教学中创设了如下的悖论问题情景。图2[问题情景]：如图2所示，一个单摆由一根长为Ｌ的刚性轻杆和杆端的质量为m的小球组成，现在杆上某点B再固定一质量也为m的小球，小球到悬挂点Ｏ的距离为
7、Ｌ１。试求：此二体摆做简谐振动的周期。[学生解答]：在竞赛辅导教学中，我们发现较多学生对于这个问题进行以下解答：以二体摆整体为研究对象，二体摆整体在切线方向上合力为2mgsinθ,设Ａ、Ｂ两球在切线方向上加速度分别为a1、a2,运用牛顿第二定律列出：２mgsinθ=ma1+ma2-------(1)a1和a２的关系为：a1／a２＝Ｌ/Ｌ１-------(2)由（１）、（２）解之：a1＝2gsinθ/(1+L1/L),摆作小振动时，sinθ≈θ≈x/L,Ａ球的回复加速度为a1＝2gx/(L1+L)=kx/m,由此得Ａ球的振动周
8、期为Ｔ＝２π√m/k=２π√(L+L1)/2g.[导致悖论]：上述解答在下列特殊情形下暴露出矛盾，即：当Ｌ１＝０时，由上述的周期表达式可知，此时Ｔ＝２π√Ｌ/2g，而事实上，当Ｌ１＝０时，即把Ｂ球固定于Ｏ点，此时系统的振动周期应为２π√L/g。因而，上述解答是错误的。图3[悖论分析]：错解
