浅谈高中物理解题思维能力的培养

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   内容摘要:

  在高中物理教学过程中,常常听到学生“一听就懂,一做就错”的感叹,学生既然听懂了,怎么又不会做题呢?这归根结底来自两个方面的原因:第一是知识性障碍,第二是思维障碍。教学中教师如何进行创新呢?如何从多角度,多方位来培养学生的思维能力呢?……
  关键词:
  注重物理过程分析和运用物理规律;注重挖掘题中的隐含条件,抓住解题的关键性步骤;注重思维训练、开阔思路、总结提高。
  在高中物理教学过程中,常常听到学生“一听就懂,一做就错”的感叹,教师的第一个反映往往是觉得很奇怪:学生既然听懂了,怎么又不会做题呢?这岂不是矛盾吗?随后他“想通”了。他认为这个现象说明了学生水平差又不用功。对于这样的学生只有手把手的教他们解题。于是他想到了示范解题。教师收集一些难题来,亲自动手,在黑板上一题一题解给学生看。
  示范解题没有什么不对,但问题出在示范解题的讲授方法上,我们没有讲出系统性和科学性,而只是手把手地教,由感性到感性,那不是在讲授。只是就题论题。我们在黑板上演示解题时,很像一个学生在答题。除了比较熟练之外,并没有什么大的不同。我们陷入一步步的具体计算之中,忙于说明每一步是怎样推导出来的。我们的注意力集中在正在求解的这一道题上,而不是集中在这一道题所代表的典型意义和普遍方法上;我们的注意力集中在说明我们的运算的正确性上,而不是集中在说明我是怎样想到这样一步步去求解的。这样一来,学生的注意力自然也集中在这一道题上,集中在它的具体运算上。其结果只是教师讲的题学生会做了。这归根结底来自两个方面的原因;第一是知识性障碍,第二是思维障碍,这就要要求教师善于启发诱导,从多角度,多方位来培养学生的思维能力。
  (一)引导学生在分析物理过程、建立物理情境上下功夫,注重运用物理规律来解题
  分析一个具体的物理过程,一般先不要用数学方法去解析,寻求答案,而应当学会想象物理过程的图象,迅速地考虑好问题地空间关系,经过形象思维后在头脑中浮现处具体的 图象,这是理解题意和规律来解题的重要步骤,过程分析好了,解题就有了正确的思路。
  比如:在分析甲、乙两车是否会发生相撞问题时,首先就要考虑它们在什么情况下才会相撞,这就得从刹车过程中他们速度是怎样变化的入手,在V甲<V乙过程中,两车距离在不断靠近,当V甲=V乙时,两者距离最近,随着速度不断变化,在V甲>V乙时,由于甲在前,乙在后,所以二者距离又在不断地增加。由此得出,只要在速度相等时两车不相撞,其他时刻就不会相撞。
  再比如:位于水平面的两根平行金属直导线与电动势的大小E=3.0V及内阻r=1Ω的电池相连接,一金属棒垂直于磁感线,运动方向跟磁感线、直导线均垂直,它们的电阻均不计,整个装置处在竖直向下匀强磁场中,如图所示,设金属棒在运动中受到的摩擦力f=0.15N,已知K闭合,金属棒开始做加速运动。
  求:。金属棒在磁感应强度作切割磁感线运动的最大速度。
  分析:
  由题意可知,金属棒中通以电流,受到向左 磁场力F作用而产生加速度,可见磁场力大于向右的摩擦力。同时,由于金属棒 做切割磁感线运动会产生感应电动势,用右手定则判断可知这个感应电动势方向与电池的电动势方向相反,于是电路中总电流减少,金属棒所受的磁场力减少,致使合力减少,加速度减少。但速仍旧继续增大,直至加速度为零,速度达到最大值。从此金属棒做匀速运动。此时金属棒受到的磁场力等于摩擦力。所以,只有物理上的道理想得愈明白,数学上处理才会愈简捷。
  (二) 引导学生在物理概念上下功夫,注重运用科学理论来解决实际问题
  概念是理性思维之砖,是一切科学理论的基础。学会吃透概念,是掌捂科学理论解决实际问题的最重要的基本功之一。
  例如 有一道狭义相对论运动学的题:有位同学问:“地球上的观察者看,飞船上的尺子缩短了;而飞船上的观察者看,地球上的尺子缩短了。那么把这两把尺子加以比较,到底是哪一把尺子真的缩短了呢?”
  这道题就是考查学生对于相对论的空间概念是否真懂了。相对论认为没有一个静止的绝对的空间存在。相对运动的各个参考系,各自有着自己的空间,地球有地球的空间,飞船有飞船的空间。在地球的空间中来看,地球上的观察者看,飞船上的尺子缩短了;而飞船上的观察者看,地球上的尺子缩短了。从这位同学的提问中所用的“到底”二字,就可以看出这位同学头脑中仍有一个静止的、共有的、作为比较基准的绝对空间概念。“到底是哪一把尺子真的缩短了呢?”正确回答是:“那要看到底是哪个观察者在看。这两种观察都是真的事实。没有哪一个比另一个更真一些。”
  如果以这一题为例来讲解题方法时,不要把注意力局限在答案上,急于给出答案就了事,而是要帮助学生真正在相对论概念上下一番功夫,从绝对时空观念中解脱出来。
  (三) 引导学生在挖掘题中的隐含条件上下功夫,注重抓住解题的关键性步骤
  解题关键性步骤是解题的一把钥匙,抓住了关键,问题就迎刃而解。因此在教学中要引导学生挖掘题目中的关键词语,挖掘那些物理图象中隐蔽条件以及生活实际中所包含的隐蔽条件。在一个物理现象和过程中往往有各个方面,它们按照一定的规律相互联系,而这种联系就是他们之间的相同的物理量。
  比如对于质点多阶段运动,前一阶段的末速度就是后一阶段的初速度。对于某系统机械能守恒时,在变化过程中由于所处的位置不同。但机械能是相同的。
  有这样一道题:一物体以速度v做匀速直线运动,经时间t后接着做匀减速直线运动,再经时间t而停止运动,则物体在这2t时间内的平均速度为:
  A. v   B. 3v/4   C. v/4   D. v/2
  此题求物体在这2t时间内的平均速度,其关键是求出两段时间 各自通过的位移S1、S2 ,然后运用公式V=S1+S2 /2t;其中S1=vt比较容易求出,但是求S2则要引导学生挖掘题目中的关键词语、所包含的隐蔽条件。即:接着做匀减速直线运动,再经时间t而停止运动。这样也可以用平均速度公式V=v+0/2来求出平均速度;再运用公式S=Vt=v/2t求出S2 。
  因此要注意引导学生在物理现象发生变化时抓住不变的物理量以及引导学生抓住同一事物物理过程中各方面的相同的物理量为解题创造条件。
  (四)引导学生在物理公式上下功夫,注重抓住物理公式的适应条件以及运用的灵活性
  有些难题,所涉及的概念是清楚的,并不难。但是这题该怎么去解,却“一眼看不透”,没有直接的公式可用。例如有这样的一道题:
  一个质量为 50千克 的人,以 10m /s的速度沿水平方向跳上一辆迎面驶来的速度为 5m /s的车上,如果车的质量为 200千克 ,则此后车的速度为多少?,
  这道题在概念上并不难,都是课本上讲到的,一看就懂。学生拿到题,读了题文后,可以立刻判断出这是动量守恒方面题。但是翻开书本和笔记一看,课上讲到的有关公式只有  P1 = P2 。而直接观察这一公式,却很难看出这一题的解法来。这就是学生所说“课上听懂了,下来不会做题”的典型情况之一。这种题就是考查学生在听讲之后在 课后复习时 ,在公式上下的功夫够不够:考察学生掌捂公式、变化公式的能力如何。这道题是要求学生把公式加以变形然后再应用。
  从而得出公式如下:  m1 v1 + m2 v2 =( m1 + m2)v
  有了这一公式,这道题就好解了。
  我们在讲解题方法时,应该结合课程内容,找到这种类型得例题剖析给学生看,让他们知道,再学了一个公式以后,不要静止地看待它。除了 牢记它的基本形式之外,还要回头多作一些变形地练习,以增强运用时的灵活性。
  (五)引导学生在解题思路上下功夫,注重思维训练、开阔思路、总结提高。
  有一些题,它们既不是概念上难,也不是公式上难,而是思路上难。因而要引导学生在解题思路上下工夫。一道习题通常有许多解法,在教学中对一道习题采用多种解法,对于开阔学生解题思路是大为有益的。解题后还要引导学生想一想,总结成功的思路和想法,回过头来看看还有哪一类以前这样做过 ,及时总结提高。
  例如我们讲匀加速直线运动时,总结了一套固定的解题思路,叫做“五缺一、三求一”。然后在讲到抛体运动(水平、竖直二方向上两个相关的匀加速直线运动)时,又把这一解法发展为“十缺二、六求一”。我们指出这一类题总是在十个基本量
  Sx 、   tx、   V0x、    Vx 、   ax
  Sy、   ty、    V0y、    Vy、   ay
  中只涉及八个量,而与两个(缺二);而在这八个量中,总是已知六个,求两。不过在求的时候,总是一个一个地求,所以叫做“六求一”。这是这种解法的第一条规定;首先,找出六个已知来。
  有了六个已知,再根据所缺的两个量,在下面十个公式种选出两个来。
  缺Sx 公式:      ax = Vx - V0x/ tx
  缺 tx公式:       2 axSx = Vx 2—V0x 2
  缺 V0x公式:      Sx = Vx +V0x/2 tx
  缺 Sy公式:       ay = Vy—V0y/ty
  缺 ty 公式:       2ay Sy = Vy2—V0y2
  缺 Vy公式:       Sy = V0y ty + ay ty2/2
  缺V0y公式:       Sy = Vy ty— ay ty2/2
  缺ay公式:        Sy =(Vy + V0y )/2 ty
  缺Vx 公式:       Sx = V0x tx+1/2 ax tx2
  这是这种解题法的第二种规定:根据所缺的两个物理量,选定所用的两个公式。
  这两条规定给这一类的题铺设了一条固定的分析思路,使这一类题在分析时有可循之规,剩下的只是比较容易的计算了。例如有这样的一道题:一小球自高h=4。 9米  处自由下落到一倾角45度的斜面上,设小球与斜面碰撞后的速率不变,方向如图所示,求小球第二次与斜面相撞时,离第一次碰撞处的距离L有多远?
  这一题过去普遍觉得很难,但是自从介绍上述解题方法之后,绝大多数同学当堂能做出来。这道题要分两步来进行。第一步是自由下落,要用“五缺一,三求一”的思路来做。首先找出三个已知:V0=0,a=g,S=4。 9米 ,然后根据所缺(已知V0,a,S,求V,可见缺t)确定公式为缺t的公式
  2 aS = V 2—V02     求出V==9。 8m /s
  这道题第二步才是难点所在。这是一个平抛运动,要用“十缺二,六求一”的思路来做。首先找出六个已知:
  由抛可知 :ax = 0 ,  ay = g
  tx =ty
  由题设可知: V0x= 9。 8m /s ,V0y=0
  一般找到这五个已知以后,很可能就开始动手去做了。但本题解法强调要找出第六个条件。在这一强调提示下,学生们认真去想,终于找出第六个已知:
  Sy = Sx
  这一题所求L,实际就是求 Sy 和 Sx 。
  这样看来,这一题所缺的是Vx和Vy,
  由此可以定出所用公式为:
  Sx = V0x tx+1/2 ax tx2
  Sy = V0y ty + ay ty2/2
  把上述六个已知,代入这两个方程,
  剩下的就是比较容易的运算了。
  此外,还要重视学生在解题中曾经出现的错误想法,比如:有些同学在考虑摩擦力时,不先考虑物体相对运动或相对运动趋势的方向,就去判定摩擦力方向,从能力上看是由于思维程序不合理,必然想不出头绪来,还有些同学形象电维淡漠,有的受因果思维条件的制约不善于逆向思维,有的比较思维中操作不当,以及思维定势导致思维嵌塞等,因此有必要加强学生的思维能力的训练,从而提高解题的能力。
  参考资料:
  《物理课堂教学的技巧》、《物理教育》、《实验教学探讨》
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