例析中學物理解題過程中的目標意識與思維監(jiān)控

摘要：高中物理新課程的基本理念是在課程目標上注重提高全體學生的科學素養(yǎng)，在課程實施上重自主學習，培養(yǎng)科學探究能力。而探究性學習的核心是圍繞“問題”開展科學的探索、研究。因此，教師在課堂教學中應加強對學生解題過程中的目標意識與思維監(jiān)控的培養(yǎng)，充分激發(fā)學生的探究欲望和參與情感，從而提高全體學生的科學素養(yǎng)。本文從具體的案例出發(fā)，就中學物理解題過程中的目標意識與思維監(jiān)控等方面進行了研究和闡述。

關鍵詞：物理解題過程；目標意識；思維監(jiān)控

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)12(S)-0032-2

1 問題的提出與意義

解物理題，尤其是求解探索性的物理問題，是一個復雜的智力活動，它是解題者的一種有目的、有計劃的科學活動。在解題過程中，解題者所采取的種種行為，都不是無意識的盲目的嘗試，而是有著明確的目標指向的。解題者首先需要對問題的信息有充分的感知，需要將問題的信息與大腦里貯存的信息相互作用，進行科學的決策，然后對決策加以實施，通過嚴格的推演，得出正確的結(jié)論。但是，所有這些步驟并非是一蹴而就的。解題并不是按照事先制定好的程序一成不變地實施的機械過程，事先確定的解題思路往往是粗線條的、概略性的，有的則是嘗試性的。由于問題的復雜性，或解題者思維的缺陷等主、客觀原因，解題的進程有時會中斷，或偏離正確的方向。因此，解題者應當隨時接收有關信息，及時地加以修正和調(diào)節(jié)。由此可見，解物理題的過程是一個需要不斷對所發(fā)生的情況進行自我評估并隨時加以必要調(diào)整的動態(tài)過程。

有很多學生在解答習題的時候帶有很大的盲目性，找不到正確的思路。如何克服這種盲目性呢?我們認為樹立求解過程中的目標意識，積極加強思維過程中有意識的監(jiān)控是有效克服解題過程中盲目性的重要途徑。習題解答過程需要學生自始至終保持自覺、積極的思維。因此，在解答習題的每一個階段，需要解答者不斷地提出各種輔助性的問題，為思維的方向確定一個個具體的目標，這就是目標意識。目標確定好以后，還需要解答者對目標的實現(xiàn)過程不斷地進行控制、分析、適當?shù)卣{(diào)節(jié)，保證整個解題過程中的思維處于一種自覺、積極和有序的狀態(tài)，這就是解題過程中思維監(jiān)控。下面結(jié)合幾種常見類型來談談如何樹立目標意識，以及怎樣進行思維監(jiān)控。

2 幾則案例的剖析

類型1 目標明確的問題

如果所遇問題要求解的目標明確，此時，要緊扣目標，充分運用分析和綜合的思維方法確定每一個解答步驟的思維方向和突破口。

例題1 一個物體由靜止從某處自由落下，已知在到達地面前最后一秒內(nèi)通過的位移為整個位移的9/25，試求塔高H。(g=10m／s2)

解析 此問題要求物體在整個下降過程中的位移， 目標十分明確。

怎樣才能達到此目的呢?

(1)確定計算公式：初速度為零時求位移有如下幾種方法：①H=12gt2； ②v2t=2gH；③H=vt2t。我們不妨選擇①。要實現(xiàn)目標，求出整個過程下落的時間t是關鍵。

(2)如果著眼點放在圖1的BC階段，涉及到的物理量會比較多，求解過程將會比較麻煩。我們現(xiàn)在分析問題中的已知條件，為了充分利用初速度為0的條件，從整體與部分的關系，將原來的視角調(diào)整到AB段：AB段的位移是整個過程的1625H，時間為（t-1）s。因此，有：1625H=12g（t-1）2可以求出H=125m。

以上的思維過程始終以目標為參照物，遵循求解的最簡原則，適時調(diào)整思維的著眼點，避免了思維方向的盲目性。解題者在解題時應當經(jīng)常自我發(fā)問，提出一連串與解題相關的問題，這些問題概括為：“什么?(你現(xiàn)在在干什么或準備干什么)為什么?(為什么要這樣干)怎么樣?(實際的效果如何)”，這是進行或促進思維自我調(diào)節(jié)的最有效的方法。

類型2 目標較遠的問題

如果問題要求解的目標不容易實現(xiàn)的時候，應該將目標分解為幾個子目標，分階段來逐一實現(xiàn)要求解的最終目標。在確定子目標的時候，以及在每一個子目標的求解過程中要及時進行思維監(jiān)控。

例題2(1997年全國) 質(zhì)量為m的鋼板與直立輕彈簧的上端連接，彈簧下端固定在地上。平衡時，彈簧的壓縮量為x0，如圖2所示。一物塊從鋼板正上方距離為3x0的A處自由落下，打在鋼板上并立刻與鋼板一起向下運動，但不黏連。它們到達最低點后又向上運動。已知物塊質(zhì)量也為m時，它們恰能回到O點。若物塊質(zhì)量為2m，仍從A處自由落下，則物塊與鋼板回到O點時，還具有向上的速度。求物塊向上 運動到達的最高點與O點的距離。

解析 目標分析：這是一道復雜的動量與能量綜合題。問題中涉及的物理過程和相關的物理量比較多，要實現(xiàn)問題中要求的最終目標不容易達到。故要逐個地確定子目標。

思維監(jiān)控：我們要把復雜的狀態(tài)、整體過程進行“拆解”，把它變成一個個我們熟悉的小過程、小模型，就能做到化難為易，化繁為簡！

目標1 求出彈簧被鋼板壓縮，平衡時彈簧的彈性勢能Ep

狀態(tài)1：彈簧被鋼板壓縮，平衡時彈簧的壓縮量為x0，此時彈簧的彈性勢能設為Ep。

過程1：質(zhì)量為m的物塊自A點自由下落(此時物塊可抽象為一個質(zhì)點模型)，下落的距離為3x0，則獲得的末速度為：

mg#8226;3x0=12mv20，v0=6gx0。

過程2：物塊m以v0的末速度與鋼板發(fā)生碰撞，碰撞過程時間極短，于是，物塊和鋼板組成的系統(tǒng)動量守恒：mv0=2mv1。碰撞過程中要損失一部分機械能，因為不是完全彈性碰撞!

過程3：物塊和鋼板以v1的共同速度將彈簧下壓到最低點，然后從最低點“剛好”回到到O點，即速度為零，O點是彈簧為原長的位置，此時彈簧沒有彈性勢能。這個過程中只有重力和彈力做功，物塊、鋼板和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，以鋼板的平衡位置為勢能零點，初狀態(tài)的總機械能為：Ep+12#8226;2mv12，末狀態(tài)的總機械能為：2mg#8226;x0，由機械能守恒定律有：

Ep+12#8226;2mv21=2mg#8226;x0。

目標2 物塊的質(zhì)量為2m時，當彈簧的彈性勢能與前面相等時，應用機械能守恒來確定二者分離時的速度

當物塊的質(zhì)量為2m時，

過程1：物塊的末速度仍是v0=6gx0。

過程2：動量守恒過程為2mv0=3mv2，v2是碰撞后物塊和鋼板獲得的共同速度。

過程3：物塊和鋼板以v2的共同速度將彈簧下壓到最低點，然后從最低點回到O點，此時它們還具有向上的速度。這個過程機械能守恒，有：Ep+12#8226;3mv22=3mg#8226;x0+12#8226;3mv23。

目標3 物塊與鋼板分離后，求出物塊運動高度h

狀態(tài)2：回到O點時，物塊和鋼板都還有向上的速度，而鋼板有彈簧拉住，物塊與鋼板“不黏連”，所以物塊和鋼板將分離。

過程4：物塊與鋼板分離后（此過程還原為豎直上拋運動），以v3的初速度向上做上拋運動：h=v232g。

綜合以上各式，解得：h=x02，h即物塊到達的最高點距O點的距離。

本題涉及復雜情境，給人以無從下手的感覺。其實只要根據(jù)時間或空間順序分清運動過程(即幾個目標)以及這些過程中涉及哪些規(guī)律，這樣將復雜情境的問題還原成了熟悉的典型運動模型，復雜問題就會迎刃而解。

類型3 目標模糊的問題

對于條件隱蔽，求解目標比較模糊的問題，識別和分析物理問題的能力相當重要。識別和分析物理問題的能力是指正確理解題意，善于發(fā)現(xiàn)問題中的隱含條件，恰當選擇研究對象，正確分析研究對象所受的外界影響及運動變化過程的能力。此時應該利用思維監(jiān)控，具體問題進行具體分析，提出一些輔助性的問題，使隱蔽條件顯現(xiàn)出來，求解目標明朗化。具體過程為：首先，對問題作深入的定性分析，認真考慮物體的運動過程。然后，應用公式進行定量計算。最后，再對結(jié)果進行可行性分析，直至滿意。其思維模式如圖3所示。

例題3 如圖4所示，豎直墻壁和水平地面都是光滑的。固定在長度為L的輕桿兩端的A、B兩球的質(zhì)量均為m，桿與水平地面的夾角為60°，現(xiàn)在將桿由靜止釋放。問A球脫離豎直墻壁時桿與水平面的夾角為多少?

解析 問題中的求解目標不是很清晰。為了尋找A球何時脫離墻壁，先來研究整個裝置的運動情況。

(1)設某時刻桿與水平面的夾角為θ的時候，A的速度為vA，B的速度為vB，由機械能守恒有：

mgL(sin60°-sinθ)=12mv2A+12mv2B， ①

兩者的速度關系：vAsinθ=vBcosθ，②

由①②得到：

v2B=2gL(sin60°-sinθ)sin2θ。③

(2)思維監(jiān)控：由于運動與力之間存在著必然的聯(lián)系。我們有必要來分析系統(tǒng)所受的作用力。墻壁給A水平向右的彈力對系統(tǒng)起加速作用。我們由此可以提出這樣一個問題：A、B的速度多大時A會脫離墻壁呢?A脫離墻壁的時候，墻壁給系統(tǒng)的作用力為0。墻壁不再給系統(tǒng)加速了，此時B球的速度達到最大(這里是指A還沒有脫離墻壁的瞬間)。因此，B的速度達到最大時，A脫離墻壁。

由③有：

v2B=gL(3-2sinθ)sinθ#8226;sinθ，④

由數(shù)學知識得：

v2B≤gL［(3-2sinθ)+sinθ+sinθ］3)3=39gL。

當3-2sinθ=sinθ時等號成立。

此時：θ=arcsin33問題得以求解。

理想的解題過程應是一個“準靜態(tài)”的過程，即解題系統(tǒng)所涉及的各個狀態(tài)都應是平衡的狀態(tài)。但在實際解題中，解題者對問題的認識和把握總是相對的，解題的過程時?；蚨嗷蛏俚仄x正確的軌道，而失去平衡。樹立強烈的目標意識，以及加強解答過程中的思維監(jiān)控有利于克服解答習題過程中的盲目性，有利于快速切入解題突破口，使解題進程不致偏離正確軌道太遠，促使解題系統(tǒng)從不平衡趨向平衡，從舊的平衡趨向新的平衡，從而更順利地達到問題要求解的目標。

參考文獻：

［1］劉熠，胡夢姣．例析中學物理解題中的構(gòu)建理想模型法［J］.中學物理教與學.2008．4

［2］虞利剛．問題討論法在中學物理教學中的應用研究［J］．井岡山師范學院學報(哲學社會科學)，2002

［3］朱鐵成．物理教育研究［M］．杭州：浙江大學出版社.2002

(欄目編輯羅琬華)