由一道高考物理試題品味思維品質(zhì)

包慧軍

1 問(wèn)題緣起

2014·浙江卷23題：如圖1所示，裝甲車(chē)在水平地面上以速度v0=20 m/s沿直線前進(jìn)，車(chē)上機(jī)槍的槍管水平，距地面高為h=1.8 m.在車(chē)正前方豎直立一塊高為兩米的長(zhǎng)方形靶，其底邊與地面接觸.槍口與靶距離為L(zhǎng)時(shí)，機(jī)槍手正對(duì)靶射出第一發(fā)子彈，子彈相對(duì)于槍口的初速度為v=800 m/s.在子彈射出的同時(shí)，裝甲車(chē)開(kāi)始做勻減速運(yùn)動(dòng)，行進(jìn)s=90 m后停下.裝甲車(chē)停下后，機(jī)槍手以相同方式射出第二發(fā)子彈.（不計(jì)空氣阻力，子彈看成質(zhì)點(diǎn)，重力加速度g取10 m/s2）

（1）求裝甲車(chē)勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大?。?/p>

（2）當(dāng)L=410 m時(shí)，求第一發(fā)子彈的彈孔離地的高度，并計(jì)算靶上兩個(gè)彈孔之間的距離；

（3）若靶上只有一個(gè)彈孔，求L的范圍.

前兩小題沒(méi)有太大難度，屬于常規(guī)問(wèn)題，第三小題頗有亮點(diǎn).命題者顯然希望考生思考形成現(xiàn)象的原因，考查考生的邏輯推理能力和良好的思維品質(zhì).一部分同學(xué)的想法是：若靶上只有一個(gè)彈孔，求L的范圍.對(duì)于經(jīng)?？锤鞣N槍?xiě)?zhàn)電視劇的男同學(xué)而言毫無(wú)難度，那就說(shuō)明兩顆子彈射進(jìn)同一個(gè)孔了，它們?cè)谪Q直方向位移相等， 也就是說(shuō)明它們?cè)诳罩羞\(yùn)動(dòng)的時(shí)間相 等，利用水平方向位移的關(guān)系很快解得L=3690 m，雖然這部分同學(xué)覺(jué)得這個(gè)值大了點(diǎn)，但也沒(méi)多想，或許對(duì)這個(gè)“L的范圍”略有疑惑.另一部分同學(xué)的想法是：一個(gè)彈孔意味著有顆子彈沒(méi)有打中靶，掉在地上了.這部分同學(xué)雖然想到兩顆子彈只有一顆入孔，但就是算不出L.原來(lái)他們沒(méi)有考慮到時(shí)間相等，直接利用豎直方向自由落體和水平方向位移列方程，于是陷入了復(fù)雜的計(jì)算而找不到出路，最終以失敗告終.

對(duì)于第一類(lèi)同學(xué)的解法，初看似乎沒(méi)有大問(wèn)題，只是思維的廣度和深度不夠，缺乏物理思維的縝密性.他們只知其一不知其二，認(rèn)為只要保證兩顆子彈能進(jìn)入同一個(gè)孔，單純考慮水平位移的關(guān)系就可以了，從而疏忽了豎直方向時(shí)間的限制性條件.根據(jù)豎直高度，子彈是飛不了這么遠(yuǎn)的.所以，這種解法是片面的，根本上說(shuō)是錯(cuò)誤的.對(duì)于第二類(lèi)同學(xué)的解法，思路應(yīng)該是對(duì)的，但由于缺乏思維的敏捷性和靈活性，在面對(duì)“一彈入孔”的臨界問(wèn)題時(shí)不知所措，游離在一個(gè)模糊的“中間狀態(tài)”而無(wú)法自拔，因此對(duì)此類(lèi)變化的問(wèn)題不會(huì)當(dāng)機(jī)立斷，更難以隨機(jī)應(yīng)變.總體來(lái)說(shuō)，兩類(lèi)同學(xué)的錯(cuò)誤均源于欠缺良好的物理思維品質(zhì)，平時(shí)不注重物理思維的訓(xùn)練，只停留于做題而缺乏思考.高考物理試題有它本身設(shè)計(jì)的考查意圖，考試本身的評(píng)價(jià)作用更重要的是體現(xiàn)在考查學(xué)生的思維品質(zhì)上，本身這也是一種能力，是學(xué)生能夠分析和解決問(wèn)題的基礎(chǔ)和保障.所以，如何培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的思維品質(zhì)，是提高物理課堂教學(xué)效率的“最佳發(fā)力點(diǎn)”.

2 問(wèn)題討論

思維是對(duì)客觀事物概括的間接的反映，它反映的是事物的本質(zhì)屬性和事物之間的規(guī)律性的聯(lián)系.人類(lèi)思維的發(fā)生和發(fā)展，就其總體而言，是有一定規(guī)律的.但一個(gè)人思維能力的發(fā)展是有其個(gè)性的差異，這種差異體現(xiàn)為思維活動(dòng)中的智力特征，這就是思維品質(zhì).思維品質(zhì)主要包括思維的廣闊性、思維的批判性、思維的深刻性、思維的靈活性、思維的敏捷性五個(gè)方面.首都大學(xué)喬際平教授在《物理學(xué)習(xí)心理學(xué)》中談到：“某一學(xué)生在物理學(xué)科上學(xué)習(xí)的效能主要依賴于物理思維品質(zhì)的發(fā)展程度.高中物理知識(shí)的高度抽象化和高中生思維能力的不穩(wěn)定性需要我們?nèi)パ芯咳绾翁岣吒咧袑W(xué)生的物理思維品質(zhì).”

2.1 變式拓展，培養(yǎng)思維的廣闊性

思維的廣闊性：是指能全面細(xì)致地考慮問(wèn)題.具有廣闊思維的人，不僅要考慮問(wèn)題的整體，還要考慮問(wèn)題的細(xì)節(jié)；不但考慮問(wèn)題的本質(zhì)，而且考慮和問(wèn)題有關(guān)的其他條件.思維的廣闊性是以豐富的知識(shí)為依據(jù)的.只有具備大量的知識(shí)，才能從事物的不同方面和不同特征去分析和解決問(wèn)題，才能避免片面性和狹隘性.例如圖象教學(xué)，我們不但要教會(huì)學(xué)生知道橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的物理意義，知道圖象所反映的物理量之間的關(guān)系，還要教會(huì)學(xué)生知道截距、斜率、交點(diǎn)、面積等代表的物理意義，只有對(duì)圖象有比較全面的理解和掌握，才能用圖象法精準(zhǔn)無(wú)誤地解決物理問(wèn)題，提升思維的廣度和深度.再如在習(xí)題教學(xué)中，提倡一題多解、一題多變、一題多問(wèn)，重視開(kāi)放性試題的多維度訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散式思維和聚合式思維，提升思維的廣闊性.

2.2 對(duì)比引領(lǐng)，培養(yǎng)思維的批判性

思維的批判性，是指能使自己的思維受到已知客觀事物的充分檢驗(yàn)，同時(shí)能勇于提出自己的見(jiàn)解，敢于批評(píng)錯(cuò)誤結(jié)論，是創(chuàng)造思維的一種屬性.具體到物理學(xué)科來(lái)說(shuō)，要求學(xué)生對(duì)所學(xué)的物理知識(shí)、物理概念和規(guī)律有自己的理解和把握.物理思維的批判性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出質(zhì)疑，發(fā)表見(jiàn)解.②能區(qū)分表面上相似但本質(zhì)上不同的物理概念規(guī)律，能從給定的物理情景中排除與問(wèn)題無(wú)關(guān)的多余的條件或因素，抓住與問(wèn)題有關(guān)的條件或因素.③能夠較好地排除物理前概念所造成的影響.④在學(xué)習(xí)過(guò)程中， 要進(jìn)行及時(shí)的反饋和有效的矯正，追求學(xué)習(xí)效益的最優(yōu)化.為此，我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)加強(qiáng)知識(shí)的橫向?qū)Ρ?，力?zhēng)呈現(xiàn)給學(xué)生較為完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，提升學(xué)生區(qū)分相似概念和規(guī)律的能力，提高思維的批判性.例如在教學(xué)《電勢(shì)能和電勢(shì)》時(shí)，如果照搬照抄教材，學(xué)生必然聽(tīng)得云里霧里，本節(jié)內(nèi)容太抽象，思維要求高，可以采用類(lèi)比重力勢(shì)能進(jìn)行教學(xué)，適當(dāng)降低思維的起點(diǎn)，化抽象為具體，變陌生為熟悉，促被動(dòng)為主動(dòng)，提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力.再如教學(xué)《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》時(shí)，可以與平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，抓住分析此類(lèi)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵思路：化曲為直.某一方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，與其垂直的方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，整合解決平拋運(yùn)動(dòng)的特征方程，深刻理解解題思路，加強(qiáng)橫向?qū)Ρ龋囟軌蚣由顚W(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和思維的品質(zhì).

2.3 刨根問(wèn)底，培養(yǎng)思維的深刻性

思維的深刻性，是指能深入到事物的本質(zhì)里面去考慮問(wèn)題.在理解物理概念和揭示物理規(guī)律實(shí)質(zhì)時(shí)，要求人們既看到事物的現(xiàn)象，又看到事物的本質(zhì)；既看到事物發(fā)展的內(nèi)因，又看到事物發(fā)展的條件；既要知道事物的過(guò)程，還要知道事物的結(jié)果，這是辯證唯物主義整體的、全面的、綜合的觀點(diǎn)在思維過(guò)程中的具體表現(xiàn)，只有這樣對(duì)事物才會(huì)有明確的認(rèn)識(shí)，全面的了解，才能采取相應(yīng)針對(duì)性方法去研究它、掌握它和利用它.例如在教學(xué)《楞次定律》時(shí)，先進(jìn)行規(guī)律的教學(xué)，教會(huì)學(xué)生如何使用楞次定律來(lái)判斷感應(yīng)電流的方向.然后，在熟練掌握判斷方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入挖掘，楞次定律不僅僅是一條操作性很強(qiáng)的定律，更是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn).帶著追根溯源的精神一步步深入學(xué)習(xí)楞次定律，利用能量觀點(diǎn)解決物理問(wèn)題，大大提高了解題的效率，提高了思維的深刻性.再如在教學(xué)《運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》時(shí)，要教會(huì)學(xué)生理解洛倫茲力方向始終垂直速度方向，提供電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，它只改變線速度的方向，而不改變線速度的大小.至于運(yùn)動(dòng)方程、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等便迎刃而解.如果再深挖一步，知道洛倫茲力不做功，這才是決定運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的關(guān)鍵.從力學(xué)觀點(diǎn)深入到能量觀點(diǎn)，進(jìn)一步加深了對(duì)洛倫茲力的理解，提高了解決此類(lèi)問(wèn)題的能力.

2.4 設(shè)陷嘗誤，培養(yǎng)思維的靈活性

思維的靈活性，是指一個(gè)人的思維能根據(jù)客觀情況的變化而變化.也就是說(shuō)能夠根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的新事實(shí)，及時(shí)修改自己原來(lái)的想法，是思維從定勢(shì)和教條中解放出來(lái).所以在平時(shí)教學(xué)中，多設(shè)置解題的“陷阱”，這不是刁難，是對(duì)知識(shí)能否隨機(jī)應(yīng)變的檢驗(yàn).讓學(xué)生嘗試錯(cuò)誤，從錯(cuò)誤中不斷提升思維的靈活性，提高解決問(wèn)題的能力.學(xué)習(xí)物理必須掌握大量的物理概念和規(guī)律，如何評(píng)價(jià)掌握的牢固程度，練習(xí)和運(yùn)用便是最好的檢驗(yàn)方法.比如教學(xué)《加速度》時(shí)，概念的理解便是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生很難理解“變化快慢”的意義，對(duì)“變化快慢”一知半解，甚至囫圇吞棗.對(duì)此，我們可以設(shè)置盡可能多易混淆的選項(xiàng)讓學(xué)生去辨析，暴露學(xué)生錯(cuò)誤，逐個(gè)突破，不斷彌補(bǔ)理解的漏洞，鞏固和完善學(xué)習(xí)的成果，提升思維的靈活性.再如教學(xué)《牛頓第二定律》時(shí)，要教會(huì)學(xué)生知道這是非常重要的定律，是聯(lián)系運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的橋梁，是動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ).如何教會(huì)學(xué)生靈活運(yùn)用牛頓第二定律來(lái)解決問(wèn)題呢？我們可以創(chuàng)設(shè)各種物理情景給學(xué)生訓(xùn)練，比如從一個(gè)力到多個(gè)力，從加速到減速，從一個(gè)物體到多個(gè)物體，從平面到斜面，從斜面到豎直面等等，同時(shí)可以適當(dāng)設(shè)置知識(shí)性陷阱，不要隨意設(shè)置心理性陷阱，適當(dāng)?shù)刈寣W(xué)生多繞幾個(gè)彎，也不失為一種很好的教學(xué)方法.學(xué)生經(jīng)歷了多次錯(cuò)誤和反思后，物理現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)便逐漸顯現(xiàn)，恰似“山窮水盡疑無(wú)路，柳暗花明又一村”.

2.5 整合提煉，培養(yǎng)思維的敏捷性

思維的敏捷性，是指能夠在很快時(shí)間內(nèi)提出解決問(wèn)題的正確意見(jiàn)，能夠當(dāng)機(jī)立斷，不徘徊，不猶豫.思維的敏捷性是所有思維品質(zhì)高度發(fā)展的集中表現(xiàn).訓(xùn)練思維的敏捷性， 牢固的基礎(chǔ)知識(shí)、正確的解題方法是關(guān)鍵，整合提煉各種解題方法是途徑.我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)，應(yīng)主動(dòng)創(chuàng)設(shè)各種問(wèn)題情景，讓學(xué)生嘗試應(yīng)用多種方法去解題，引導(dǎo)學(xué)生整合歸納各種物理解題方法，比如：等效法、極值法、守恒法、對(duì)稱(chēng)法、補(bǔ)償法等等，同時(shí)在通過(guò)大量定時(shí)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，整合各種題型，主動(dòng)構(gòu)建完整的知識(shí)結(jié)構(gòu).只要腦中有結(jié)構(gòu)，物理方法自然能夠隨叫隨到.再如在完成一章的課堂教學(xué)后，可以安排一次限時(shí)訓(xùn)練，讓學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成要求的題目，訓(xùn)練解題速度.同時(shí)，教師應(yīng)及時(shí)反饋，評(píng)價(jià)解題質(zhì)量，提升訓(xùn)練的效果，提高準(zhǔn)確迅速解題的能力，提升思維的敏捷性.

學(xué)生良好思維品質(zhì)的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的過(guò)程，需要師生通力合作，教學(xué)相長(zhǎng)，相輔相成.教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)各種物理情景，引導(dǎo)學(xué)生去分析與綜合、比較與分類(lèi)、抽象與概括、具體化與系統(tǒng)化等，不斷進(jìn)行思維過(guò)程的訓(xùn)練，有效地培養(yǎng)學(xué)生的各種思維品質(zhì)，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和探索創(chuàng)新的能力.只要目的明確，針對(duì)性強(qiáng)，循序漸進(jìn)，思維品質(zhì)的培養(yǎng)，必見(jiàn)成效，最終使物理教學(xué)從“有效”走向“高效”.