關(guān)于高中生學(xué)習(xí)物理思維的思考

張星

【摘 要】學(xué)生不易理解物理知識(shí)，在解決物理問題時(shí)，也往往沒有思路，物理老師應(yīng)該仔細(xì)教授知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)幫助學(xué)生建立起物理思維、構(gòu)建物理模型。這樣，學(xué)生依據(jù)清晰的解題方法，順藤摸瓜，就能解決物理問題。此文，主要談?wù)勱P(guān)于高中生如何建立并運(yùn)用物理思維的思考。

【關(guān)鍵詞】高中物理 物理思維 物理教學(xué) 物理模型

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.21.003

高中物理知識(shí)概念化、抽象化，對(duì)于高中學(xué)生來說，難度稍大。高中物理課本主要包含四個(gè)部分：力學(xué)、電學(xué)，光學(xué)以及熱學(xué)，每個(gè)部分既各成體系，又相互包含。貫穿整個(gè)高中物理知識(shí)的主線，就是物理思維和物理模型，只要學(xué)生在教師的協(xié)助下找到這條主線，他們學(xué)習(xí)起高中物理來，就會(huì)事半功倍。物理教師應(yīng)該思考的是：如何高效地培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，讓學(xué)生學(xué)以致用。

一、高中物理中主要的物理思維

高中階段正是建立學(xué)生抽象邏輯思維的好時(shí)機(jī)。在學(xué)習(xí)初期，通過生動(dòng)形象的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加上物理老師的耐心講解，學(xué)生很容易就形成了清晰的思路，學(xué)生有了成就感，學(xué)習(xí)的積極性也會(huì)大大增加，教師也會(huì)得到更全面的教學(xué)反饋，以便改善教學(xué)。守恒思想，是高中物理最重要的思維。例如，力學(xué)部分的機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量守恒定律、質(zhì)量守恒定律，電學(xué)部分的電荷守恒定律，以及適用于整個(gè)物理范圍的能量守恒定律、熱量守恒定律。有的守恒定律是推論，有的守恒是可以在高中的實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證的，物理教師可以通過理論講解、實(shí)驗(yàn)操作的方式來教學(xué)。

以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律為例，說明教師培養(yǎng)學(xué)生物理思維的方法。該實(shí)驗(yàn)的原理是，忽略空氣阻力做功，僅重力做功，自由下落的物體的機(jī)械能守恒，其重力勢能減少，轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能。實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓質(zhì)量為m的物體自由下落，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出其不同時(shí)刻的下落高度h和瞬時(shí)速度v，重力勢能變化量為△Ep=mgh，動(dòng)能變化量為△Ek=1/2mv2，比較多組數(shù)據(jù)，若在誤差允許的范圍內(nèi)兩者相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，機(jī)械能守恒，其總量保持不變，僅重力做功時(shí)，重力勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。教師在課堂上講解此知識(shí)點(diǎn)，并帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣的學(xué)習(xí)過程生動(dòng)有趣，利于學(xué)生理解機(jī)械能守恒的概念。經(jīng)過親身實(shí)驗(yàn)，學(xué)生逐漸建立起守恒的物理思想。

除了守恒的物理思維，幾何圖像思維也是高中物理中的常用思維，此種思維常見于力學(xué)分析和帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的問題。在此類問題中，主要運(yùn)用畫圖的方法，學(xué)生要善于從題目信息中找出幾何關(guān)系，結(jié)合數(shù)學(xué)公式，并輔之以邏輯推理解答問題。

二、運(yùn)用物理思維解決物理問題

建立起物理思維，物理問題就會(huì)變得更加清晰易懂，學(xué)生運(yùn)用物理思維獨(dú)立解決物理題后，他們會(huì)形成自信心，這對(duì)于進(jìn)一步的物理學(xué)習(xí)非常有利。在物理題中，最常用到的物理思維是能量守恒定律和機(jī)械能守恒定律，結(jié)合這兩個(gè)物理思維，大部分物理題目都能輕易得到解答。以一道圓周運(yùn)動(dòng)的物理題為例：將一條長為l的繩固定于一點(diǎn)，繩的下端系上一個(gè)質(zhì)量為m的小球，將小球拉至水平方向使其自由下落，同時(shí)，有一圖釘，可使小球繞其做圓周運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)的過程中能量守恒。要解決此問題，首先要找到研究對(duì)象，分析此題，小球做圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)機(jī)械能守恒，學(xué)生可以選取零界點(diǎn)，結(jié)合機(jī)械能守恒定律和圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決此題。學(xué)生常常忽視臨界思維和機(jī)械能守恒思想，經(jīng)過多次練習(xí)，學(xué)生才能將這兩種思維靈活運(yùn)用，這說明，要建立起一種思維需要多次重復(fù)，但是也要拓寬眼界，思考多種解決問題的思維方式，避免形成思維定式。

高中的物理思維還有很多，學(xué)生可以用數(shù)學(xué)中的估算方法來解決物理問題，極限思維也能解決一些問題，依靠對(duì)稱性的思維，學(xué)生往往能很快找到解題的突破口。另外，還有一些物理題通過順向思維來思考，步驟繁瑣，學(xué)生容易百思不得其解，這時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)逆向思維，將物理問題的初始狀態(tài)看作末狀態(tài)，反向分析物理問題，往往能巧妙地解決復(fù)雜的問題。在此提到的物理思維并不是全部，具體的物理思維還有很多，這需要學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不斷積累，將物理思維融貫于做題的過程。教師可以運(yùn)用不同的物理思維進(jìn)行教學(xué)，在具體的問題中，向?qū)W生示范正確的思維方式，平時(shí)，教師也要鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)現(xiàn)物理問題，學(xué)會(huì)用物理思維思考問題。

三、引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)物理思維構(gòu)建物理模型

學(xué)習(xí)每一門學(xué)科，都要先掌握其學(xué)科思維，除了物理思維方式，物理學(xué)科還有一個(gè)重要的特點(diǎn)，那就是有大量的物理模型。如果學(xué)生不會(huì)總結(jié)物理模型的話，在題海中往往會(huì)摸不著頭腦，導(dǎo)致物理考試成績不佳，自信心受挫，最終學(xué)習(xí)效果也達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。教師要善于引導(dǎo)學(xué)生活用物理思維，將學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)做題的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為物理模型，事實(shí)上，學(xué)生在掌握了物理模型后，能以不變應(yīng)萬變。新課改之后，高考的物理試題適當(dāng)做了些創(chuàng)新，但萬變不離其宗，題目考查的內(nèi)核不變，依然是考查學(xué)生的物理思維，和掌握的物理模型。至于物理考試中更高的考查要求，是用來甄別小部分物理尖子生，達(dá)到高考區(qū)分不同程度學(xué)生，進(jìn)行選拔的目的。對(duì)于這一小部分物理尖子生，可以訓(xùn)練他們參加物理競賽，學(xué)習(xí)一些特殊的解題思維。這對(duì)于高中階段，面對(duì)大部分普通學(xué)生的教學(xué)而言，借鑒意義不大。

高中的物理內(nèi)容，大概有以下模型及其解題方法：運(yùn)用整體、隔離的方法分析研究對(duì)象，解決連接體模型；明確物體重心和運(yùn)動(dòng)加速度，解決超重和失重模型：找對(duì)臨界點(diǎn)，解決斜面模型、輕繩、輕桿模型、豎直平面圓周運(yùn)動(dòng)模型等等。物理老師應(yīng)該給學(xué)生點(diǎn)出物理模型，向?qū)W生講解模型特點(diǎn)及解決辦法，同時(shí)設(shè)計(jì)大量專項(xiàng)練習(xí)題。在這個(gè)完整的教學(xué)過程，學(xué)生可以鞏固所學(xué)物理知識(shí)和物理思維，在頭腦中建立起物理模型，形成解決物理問題的清晰思路，遇見創(chuàng)新的題目，稍加思考后，也能辨別出其中的考察點(diǎn)。大多數(shù)學(xué)生在進(jìn)行了這樣的物理訓(xùn)練后，都能達(dá)到不錯(cuò)的物理素養(yǎng)水平，解決起物理問題來也會(huì)更加得心應(yīng)手。

對(duì)于高中生學(xué)習(xí)物理而言，建立物理思維的重要性不言而喻。但是，建立物理思維不是一朝一夕就能完成的，思維的形成需要一個(gè)長期的過程，需要教師正確的引導(dǎo)，和學(xué)生不斷地練習(xí)。教師要合理地設(shè)置教學(xué)計(jì)劃，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，幫助學(xué)生盡快學(xué)會(huì)物理學(xué)科的思考方式。這對(duì)于教師和學(xué)生來說，都是不小的挑戰(zhàn)，教師要和學(xué)生一起，努力完成學(xué)習(xí)任務(wù)，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)樂趣。endprint