怎樣加深高中生對物理問題的理解程度

摘 要：問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生在對高中物理問題的深層理解上的問題主要表現(xiàn)為形象表征不夠全面和抽象表征顧此失彼。通過查閱相關(guān)資料和實踐檢驗發(fā)現(xiàn)物理問題圖像化和思維流程明確化對解決這個問題有較好的效果。

關(guān)鍵詞：高中生 物理問題 深層理解

中圖分類號：G633 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）09（c）-0133-01

通過對乳山一中2010級理科傾向?qū)W生進行的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引起學(xué)生上課聽得懂，下課不會做題的原因中有18.399%是難以找到解決問題的切入點，不知道從哪入手，這反映了學(xué)生還未掌握深入理解物理問題的方法。學(xué)生通過綜合問題的條件和目標(biāo)，來識別問題類型，進一步區(qū)分問題中的有關(guān)信息和無關(guān)信息[1]的能力還有待加強。在學(xué)生具體解決物理問題過程中表現(xiàn)為形象表征不夠全面和抽象表征顧此失彼。

物理問題的形象表征主要用于明確物理現(xiàn)象、準(zhǔn)確再現(xiàn)研究對象與研究過程的時間與空間關(guān)系。通過將實際物理問題模型化，結(jié)合數(shù)學(xué)函數(shù)圖像進行分析整理、運算將物理問題進行數(shù)學(xué)表征以實現(xiàn)物理問題的形象化表征。包括受力分析、運動分析、立體圖分析、能量轉(zhuǎn)化分析、函數(shù)圖像分析。

該類技能出現(xiàn)問題的原因主要是由于物理問題的信息量有時較大，有時較隱蔽。學(xué)生的注意力往往只集中在他們熟悉的或者是期望出現(xiàn)的有典型特征的信息上，那些陌生的缺乏典型特征的信息很容易被忽視，這與學(xué)生的心理注意空間不足有很大關(guān)系。

物理問題的抽象表征技能主要用于明確已知條件與問題目標(biāo)的邏輯關(guān)系，這種邏輯關(guān)系可以表述為“因為……所以……”或者“如果……那么……”該類問題通常發(fā)生在問題空間的初始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)之間有較多的中間狀態(tài)時，由于此時所需要的邏輯關(guān)系會較多，運算長度也會較長，要實現(xiàn)正確的抽象表征需要先記住前一個運算結(jié)果再進行下一步推理運算，很容易造成認知負荷超載，導(dǎo)致顧此失彼。

通過查閱相關(guān)資料和實踐檢驗，下面兩種方法對解決形象表征不夠全面和抽象表征顧此失彼有較好的效果。

1 物理問題圖像化

要解決物理問題需要把問題中的物理情景表征為相應(yīng)的物理模型，物理模型是一種理想化的模型，是物理現(xiàn)象中共同的本質(zhì)特征構(gòu)成的一個概念或體系。審題為的是把物理過程轉(zhuǎn)化為清晰的生動的物理情景，明確其空間與時間的關(guān)系，進而構(gòu)建物理模型，把物理情景轉(zhuǎn)化為物理模型需要把物理問題中涉及到的物理量轉(zhuǎn)換成相關(guān)的圖像來尋找它們之間的關(guān)系。物理狀態(tài)的相互關(guān)聯(lián)構(gòu)成了物理過程，這些狀態(tài)或過程可以用簡圖表示出來，畫簡圖是把物理過程轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化物理情景的一種常用方法。如果在畫簡圖的過程中把題目中的相關(guān)信息標(biāo)注在圖上的話，對于降低短時記憶的負荷能起到很好的作用。

例1：把一個“U”形金屬導(dǎo)軌NMPQ固定在水平面內(nèi)，導(dǎo)軌足夠長，MN、PQ兩導(dǎo)軌間的寬度L為0.50 m，把一根質(zhì)量為m=0.50 kg的靜止的均勻金屬導(dǎo)體棒ab放置在在導(dǎo)軌上且接觸良好，與導(dǎo)軌圍成正方形abMP，該軌道所在平面的勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小可以調(diào)節(jié)，方向豎直向上。ab棒的電阻R為0.10，不考慮其他各部分的電阻。在開始時，磁感應(yīng)強度B0的大小為0.50T。

（1）如果把磁感應(yīng)強度B0的大小保持不變，從t=0開始計時，把一個水平向右的拉力施加在ab棒上，使它做勻加速直線運動。那么可以把拉力F的大小隨時間t變化關(guān)系表達為圖乙所示.求ab棒勻加速直線運動的加速度和ab棒和導(dǎo)軌之間的滑動摩擦力大小。

（2）如果磁感應(yīng)強度的大小從t=0開始從B0開始以0.20 T/s的變化率均勻增加，那么ab棒經(jīng)過多長時間能夠開始滑動？這時ab棒中通過的電流的大小和方向情況如何？（假設(shè)ab棒與導(dǎo)軌間的滑動摩擦力與它們間的最大靜摩擦力相等）[2]。

該題需要明確初狀態(tài)速度為零導(dǎo)致t=0時刻安培力為零，要維持勻加速直線運動需要F隨時間變化而變化。整個運動過程中的合外力不變是重要條件，但是對應(yīng)不同的速度會有不同的F需要對整個運動過程畫出簡圖。

2 思維流程明確化

在分析的過程中，從問題的初始狀態(tài)向目標(biāo)狀態(tài)推進的過程中。要經(jīng)過一系列的中間狀態(tài).這些中間狀態(tài)只有滿足一定的條件才能夠激活，通常的表述是“如果……那么……”；“如果”是激活需要的條件?！澳敲础笔菞l件激活出的結(jié)果。當(dāng)一個中間狀態(tài)激活的結(jié)果是另一個中間狀態(tài)的條件時，兩個中間狀態(tài)就會建立聯(lián)系，一個中間狀態(tài)的結(jié)果有時會激活多個新的中間狀態(tài)，這時問題的中間狀態(tài)較多，容易產(chǎn)生思路的混亂，需要有一個清晰的流程圖來明確各個中間狀態(tài)，梳理解題計劃。

例2：傳送帶在AB部分水平，BC部分為圓弧形，CD部分傾斜，BC與AB、CD恰好相切，如果把質(zhì)量均為m的小貨箱逐個在A處放到傳送帶上，放置時貨箱的初速度為零，傳送帶把貨箱運送到與A的高度差為h的D處，傳送帶在穩(wěn)定工作時保持速度不變，貨箱在CD段上的間距相等為L，把箱子在A處釋放后，貨箱在到達B之前已經(jīng)達到傳送帶速度，已知在時間T內(nèi)，傳送帶可以把N個小貨箱運送到D，該傳送帶由電動機帶動，傳送帶與傳動輪之間沒有發(fā)生相對滑動，忽略輪軸處的摩擦。求電動機帶動傳送帶正常工作時的平均輸出功率P[3]。

該題的分析過程如圖1所示。

該題的主要錯誤不在對木箱的運動狀態(tài)和受力狀態(tài)分析上，而是在中間狀態(tài)上。電動機輸出的功作為一個中間狀態(tài)應(yīng)該激活木箱動能增加，木箱重力勢能增加，相對滑動摩擦生熱三個新的中間狀態(tài)，但由于新的中間狀態(tài)較多，容易顧此失彼，考慮不周，很多學(xué)生會遺漏相對滑動摩擦生熱的中間狀態(tài)。因而在分析較復(fù)雜問題的過程中，通過流程圖描繪問題的中間狀態(tài)是必要的。

參考文獻

[1]王和平，李廣州.化學(xué)問題解決的表征及其分析[J].教育實踐與研究，2003（12）：54-55.

[2]楊遠萍，高翔.電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題歸類解析[J].新高考（物理化學(xué)生物），2007（4）.

[3]吳大勇.2003年理綜高考壓軸題解析與思考[J].中學(xué)物理，2011，29（4）：34-35.