高中物理解題思維方法的探究與運(yùn)用的分析

高發(fā)圣

【摘要】物理解題能力是高中階段學(xué)生在學(xué)習(xí)過程運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來分析和解決實(shí)際問題的體現(xiàn)，學(xué)生解題思維方法的培養(yǎng)和訓(xùn)練也是衡量教師教學(xué)成果的重要標(biāo)準(zhǔn)。本文主要從物理解題過程、影響高中學(xué)生物理解題方法提升的幾項(xiàng)因素出發(fā)，探討提升高中物理解題思維能力的可行性策略。

【關(guān)鍵詞】高中物理;解題;思維方法

物理解題思維屬于科學(xué)思維的范疇，而物理科學(xué)思維是物理學(xué)科素養(yǎng)的核心內(nèi)容，這便要求高中物理教師在教學(xué)過程中要注重培養(yǎng)和提升學(xué)生的解題思維能力，關(guān)注解題的思維過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在解題中所遇到的思維障礙，并制定科學(xué)、合理的應(yīng)對措施，克服學(xué)生的思維障礙，幫助他們樹立物理學(xué)習(xí)的自信心，促進(jìn)高中學(xué)生的物理學(xué)科解題思維能力的提升。

一、高中物理學(xué)科的解題過程

高中物理解題過程大致可分為問題表征、情境分析、策略選擇、策略實(shí)施以及解題反思等幾個(gè)階段。首先是問題表征，該階段是物理解題過程中的初始環(huán)節(jié)，也是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生在碰到物理題目時(shí)的第一反應(yīng)便是將其轉(zhuǎn)化為物理情境，在充分分析物理情境的基礎(chǔ)上再針對相關(guān)問題調(diào)動(dòng)已有的知識(shí)儲(chǔ)備，進(jìn)一步分析和解決物理問題。其次是情境分析階段和策略選擇階段。物理題目的設(shè)置往往立足于現(xiàn)實(shí)問題解決的基礎(chǔ)，學(xué)生要在充分讀懂和掌握題目的意圖后要以研究對象為中心準(zhǔn)確建立情境圖，然后就可以根據(jù)情境圖來選擇適合的解題策略。物理的具體解題過程就是立足于基本的已知條件，反復(fù)搜索和分析問題的空間，持續(xù)縮小待求量和已知條件間的差別，直到這種差別被消除，也就解決了相應(yīng)的物理問題。最后便是策略實(shí)施階段和解題反思階段。在充分提取物理題目的信息后，要快速明確研究對象，以及對研究對象的各種變化動(dòng)態(tài)作出精確的分析研究，按照一定的物理規(guī)律來制定最佳解題策略，給出邏輯性強(qiáng)、思路明晰的運(yùn)算過程，并展示解題過程，得出結(jié)論。反思階段是學(xué)生常常忽略的一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)，如果學(xué)生在成功解題后可以將這些解題規(guī)律自行收集整理出來，并及時(shí)反思解題方法，從而進(jìn)行過程優(yōu)化，可以較好地培養(yǎng)學(xué)生的解題思維。

二、影響高中學(xué)生物理解題方法提升的因素

（一）認(rèn)知結(jié)構(gòu)不夠完善

高中生的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)具體指的是學(xué)生對于物理世界觀念的內(nèi)容以及在他們頭腦中形成的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)主要由學(xué)生具體學(xué)生的物理知識(shí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)知識(shí)的方法、如何進(jìn)一步理解掌握新的物理知識(shí)以及學(xué)到的新知識(shí)對已經(jīng)掌握知識(shí)的影響方式等多個(gè)層面構(gòu)成的。這種認(rèn)知結(jié)構(gòu)首先體現(xiàn)出較強(qiáng)的主觀性，高中階段的學(xué)生正處于個(gè)性化發(fā)展的特殊時(shí)期，盡管是在同一個(gè)班集體中學(xué)習(xí)和成長的學(xué)生，他們的認(rèn)知方式和心理特征都會(huì)有所不同，也必然會(huì)形成有差異性的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。舉個(gè)例子，老師在講解有關(guān)電場知識(shí)的時(shí)候，就算是同一教師面對同一班同學(xué)使用同樣的教學(xué)方式，在教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，學(xué)生所繪制的電場知識(shí)結(jié)構(gòu)圖也沒有完全一樣的。其次物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)會(huì)隨著學(xué)生對物理知識(shí)的深入學(xué)習(xí)得以擴(kuò)展、更新和重構(gòu)，人腦也會(huì)在新知識(shí)的加工和組織中來調(diào)整原本的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以及使用遺忘、系統(tǒng)化等一系列手段簡化原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)。高中階段的學(xué)生在面臨需要解決的物理問題時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)將所掌握的物理知識(shí)與相關(guān)問題情境相匹配的成功率在一定程度上可以反映出學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是否完善，而通常情況下高中生在解決物理問題的過程中所碰到的思維障礙大部分原因就是他們尚未具備較為完善的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

（二）情境分析困難

物理是一門與現(xiàn)實(shí)生活緊密相關(guān)的學(xué)科，物理規(guī)律和物理概念都是真真切切存在的，但這些概念和規(guī)律同時(shí)又具有較強(qiáng)的抽象性，而物理題目主要是對物理基本運(yùn)動(dòng)和基本狀態(tài)的描述，學(xué)生在解題過程中需要將物理題目與物理概念、規(guī)律等快速聯(lián)系起來，這就進(jìn)一步要求學(xué)生對物理問題所反映出來的問題進(jìn)行情境分析，且能夠在大腦中及時(shí)、準(zhǔn)確地梳理物體的物理情境及物理狀態(tài)，如此才能在分析解答物理題目時(shí)找準(zhǔn)相應(yīng)的物理公式和物理概念。但普遍存在的一個(gè)現(xiàn)象就是，大部分學(xué)生在解答物理題目時(shí)，還未充分分析題目的情境，就迫不及待地盲目套用公式，這個(gè)公式試一試，不行的話再換用下一個(gè)公式，盡管有部分學(xué)生會(huì)主動(dòng)地對題目進(jìn)行情境分析，也會(huì)經(jīng)常在分析的過程中錯(cuò)誤頻出，導(dǎo)致直接進(jìn)入解題的誤區(qū)。因此，高中生對物理情境的分析不清會(huì)直接阻礙解題思維的提升和發(fā)展。

三、提升高中物理解題思維能力的策略

（一）優(yōu)化學(xué)生的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)

認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展需要學(xué)生在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上及時(shí)補(bǔ)充所學(xué)知識(shí)，為原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)“造骨溶血”，進(jìn)一步擴(kuò)充原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的體系。高中物理教師在訓(xùn)練和提升學(xué)生解題思維方法、能力的時(shí)候，要對學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)做一個(gè)基本的調(diào)查，在充分了解學(xué)生的知識(shí)掌握水平的基礎(chǔ)上有針對性地進(jìn)行備課和教學(xué)設(shè)計(jì)。教師在引導(dǎo)學(xué)生探索解題方法時(shí)，要注意發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)盲區(qū)和短板，對其不擅長或是比較生疏的知識(shí)點(diǎn)要及時(shí)給予提醒，并要求學(xué)生及時(shí)彌補(bǔ)不足，進(jìn)一步完善物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。例如，教師在講解復(fù)雜電路的相關(guān)題型時(shí)，不能從高中教材上的定律和公式直接帶入，而首先要學(xué)生回憶和掌握前期所學(xué)習(xí)的歐姆定律及電路的連接方式等內(nèi)容，如此學(xué)生才能準(zhǔn)確建構(gòu)對復(fù)雜電路的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。還有就是教師應(yīng)該把同類型的題型和考點(diǎn)集中起來講解，幫助學(xué)生理解和區(qū)分。例如，教師在引導(dǎo)學(xué)生用勻強(qiáng)電場強(qiáng)度計(jì)算公式來解題時(shí)，可以同時(shí)引入真空中點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的有關(guān)題型和公式，讓學(xué)生在同類型的題型和公式中去分析其各自的適用條件，從而增強(qiáng)學(xué)生的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

（二）培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性

高中物理教師在培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生解題思維方法的時(shí)候要注重從題目解答方法的多角度化入手，訓(xùn)練學(xué)生從同一個(gè)題目中尋找不同的解答方法，或者是從同一類題型中尋找相同的解題思路，鍛煉他們思維的靈活性。簡而言之，面對一個(gè)具體的物理題目，要學(xué)會(huì)從不同的角度切入，學(xué)會(huì)一題多解，而不是在解答結(jié)束后就立刻轉(zhuǎn)移注意力。例如，一滴水以相同的時(shí)間間隔從房檐上滴下，當(dāng)?shù)?滴水開始從房檐上滴下時(shí)，第一滴水恰好到達(dá)地面，此時(shí)的第2滴水與第3滴水的位置分別為1米高窗戶的下端和上端，重力加速度為10m/s2，問：房檐到地面的垂直距離是多少？對于這道題目有幾種不同的解法，大部分學(xué)生最先想到的解題方法是基本公式法，也就是算出第一、二、三水滴的速度，找尋到三者之間的速度關(guān)系，最終反推出屋檐的高度。而只有極少部分的學(xué)生能想到比例法和平均速度法。高中物理教師可以通過培養(yǎng)學(xué)生一題多解的方法來培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生思維的靈活性。

一題多解，解題思維中有整體與局部的區(qū)分。整體思維，指的是將問題視為一個(gè)整體，問題中描述的場景，結(jié)構(gòu)，變化等，是一個(gè)完整的系統(tǒng)。此時(shí)，變量與非變量，質(zhì)變與非質(zhì)變之間，是解題的切入點(diǎn)所在?？偠灾?，解題問題時(shí)，立足于全局，不要去過多計(jì)較內(nèi)部某一成分的變化。發(fā)揮整體效應(yīng)，以整體來映射局部，從整體來推理部分，確保問題解答的完整性、全面性。比如說如下題目：如圖1所示，質(zhì)量為M的金屬塊和質(zhì)量為m的木塊，通過細(xì)線連接在一起（細(xì)線的質(zhì)量和體積不予考慮），金屬塊和木塊從靜止開始以恒定的加速度a向水底下沉。經(jīng)過時(shí)間t后，細(xì)線斷開，金屬塊、木塊分離開來，再經(jīng)過時(shí)間t’后，木塊停止了下沉。此時(shí)，請求出金屬塊的速度是多少？對于此題，很多學(xué)生喜歡將細(xì)線斷開前、后劃分為兩個(gè)階段，依次分析金屬塊、木塊的受力情況和變化過程。這樣一來，題目解答需要運(yùn)用牛頓定理、動(dòng)能定理來分析。具體的運(yùn)算中，需要采取隔離法，限定前后者，整個(gè)解題過程相當(dāng)繁雜，稍有不慎就會(huì)出錯(cuò)。而將金屬塊、木塊視為一個(gè)整體，所受到的合力F=（M+m）a，運(yùn)用動(dòng)量定理，就可以快速求出金屬塊的速度。

培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性，在解題中可應(yīng)用極端思維。所謂極端思維，指的是給出假定條件，將問題“放置”于極端狀態(tài)下，從而讓物理現(xiàn)象發(fā)生質(zhì)變，此時(shí)結(jié)果的推理水到渠成。事實(shí)上，物理現(xiàn)象的產(chǎn)生、存在及變化，其中主導(dǎo)的變量因素往往并不單一。分析其中某一變量而引發(fā)的結(jié)論，不具有代表性，且涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，這在客觀上增大了學(xué)生們的解題難度。而極端思維的應(yīng)用，多變量轉(zhuǎn)為恒定值，題目的解答一目了然。比如說如下題目：如圖2所示，當(dāng)電阻R（可變電阻）的電阻值變大時(shí)，以下選項(xiàng)正確的是？A：A、B兩點(diǎn)之間的電壓變大;B：A、B兩點(diǎn)之間的電壓減小;C：通過電阻R的電流增大;D：通過電阻R的電流減小。解答該題，如果以歐姆定律開展數(shù)學(xué)運(yùn)算，難度雖然不大，但復(fù)雜程度卻不小。應(yīng)用極端思維，假定電阻R的電阻值變成無窮大。此時(shí)，根據(jù)分壓原理，電源兩端電壓等于A、B兩點(diǎn)電壓，而由于電阻值非常大，電流幾乎為零，由此可快速選出正確選項(xiàng)。

（三）實(shí)施分層教學(xué)

高中物理相較于初中物理來說不管是在概念、公式、運(yùn)算能力的要求上，還是在習(xí)題的綜合性，難度都有顯著提升，由于學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、接受能力以及思維發(fā)展水平的不同，學(xué)生在相同的教學(xué)環(huán)境中的學(xué)習(xí)效果也有所差別。因此，教師在改善和提升學(xué)生物理解題思維方法的教學(xué)過程中，應(yīng)該采取分層教學(xué)模式。教師在講解《力的合成與分解》一節(jié)有關(guān)習(xí)題時(shí)，首先要了解學(xué)生是否對重力、彈力以及摩擦力三種常見基本力的概念、性質(zhì)等都熟練把握及理解透徹了，針對部分已經(jīng)熟練的同學(xué)，教師可以適當(dāng)提升題目的綜合性和難度;而對于那些存在知識(shí)盲區(qū)的同學(xué)，要及時(shí)制定彌補(bǔ)方案，保障全體同學(xué)的學(xué)習(xí)節(jié)奏大體一致。比如說如下題目：兩個(gè)共點(diǎn)力的大小，分別為F1=15N，F(xiàn)2=9N，兩個(gè)力的合力不可能等于？A、9N;B、25N;C、6N;D、21N。學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，反應(yīng)迅速的學(xué)生，立刻就選出了正確答案。顯然，兩個(gè)共點(diǎn)力的最大值，不能大于兩者之和;反之，最小值，也不能小于兩者之差（絕對值）。

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