增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí) 提升解題素養(yǎng)

顧建新

(江蘇省泰興市教師發(fā)展中心，江蘇 泰興 225400)

實(shí)踐意識(shí)是人類意識(shí)的重要組成部分,是由能力支配行為的一種感性認(rèn)識(shí),是客觀存在的實(shí)踐情景在人們頭腦中的反射和能動(dòng)的反映,它反映了把理論或文字符號(hào)跟實(shí)踐情景相聯(lián)系的意愿和能力.在高中物理的學(xué)習(xí)和問題解決過程中,實(shí)踐意識(shí)又體現(xiàn)了把物理知識(shí)和實(shí)踐情景相關(guān)聯(lián)的水平以及把文字符號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐情景的自覺性.[1]

實(shí)踐意識(shí)的培養(yǎng)源于真實(shí)的體驗(yàn)和感悟,實(shí)踐性是其本質(zhì)特征,只有通過自主體驗(yàn)、實(shí)踐探索、感悟提升才能將思想意識(shí)逐漸內(nèi)化為解題者的基本能力和核心素養(yǎng).

解題素養(yǎng)是解題者對(duì)特定的物理問題及其求解過程由感性上升到理性的認(rèn)知活動(dòng)；是基于先天條件和后天學(xué)習(xí)養(yǎng)成的一種自覺的本能反應(yīng)；是解題者基于具體的解題實(shí)踐活動(dòng),將其所擁有的物理學(xué)科知識(shí)跟個(gè)人的實(shí)踐生活經(jīng)驗(yàn)予以充分的融合、內(nèi)化和提煉,形成新的、個(gè)性化的認(rèn)知結(jié)構(gòu),并據(jù)此提升、固化,形成的一種有助于解題理論和解題實(shí)踐相互促進(jìn)的綜合性的個(gè)人素養(yǎng)；[2]是學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)中高階素養(yǎng)的顯性特征.

良好的解題素養(yǎng)對(duì)于提高物理解題效率,發(fā)展學(xué)生心智,培養(yǎng)良好的思維品質(zhì),形成解決物理問題的方法結(jié)構(gòu),培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力,提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)都有著重大意義.

基于皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論和信息加工理論,喬際平老先生將物理解題過程概括為如圖1所示的物理問題認(rèn)知過程:采用模型化的手段將實(shí)際問題抽象處理成物理問題,運(yùn)用規(guī)律采用數(shù)學(xué)化的手段將物理問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題,再經(jīng)過推理和計(jì)算得到問題的結(jié)果,進(jìn)而對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià).[3]

學(xué)生對(duì)物理問題認(rèn)知過程處理的熟練程度反映了其解題素養(yǎng)的層次,而決定學(xué)生不同層次的原因不僅僅是知識(shí)的欠缺,很大程度上是對(duì)于實(shí)際問題抽象處理的能力,而這種能力常常依賴于學(xué)生的體驗(yàn)感悟、實(shí)踐意識(shí).

新高考為了突出對(duì)學(xué)生綜合能力的全面考察,各省市的高考試卷中都在逐年不斷增加情境化試題的數(shù)量和質(zhì)量.情境化試題提供了真實(shí)的情境,物理規(guī)律和原理更加隱蔽,避免了學(xué)生解題中直接套用公式,讓物理問題的解決更有實(shí)際意義,更加體現(xiàn)了中學(xué)物理學(xué)習(xí)的核心價(jià)值.

解決這類問題,必須利用物理知識(shí)分析、判斷、簡(jiǎn)化、抽象文字表述,將情境化的實(shí)際問題轉(zhuǎn)變成非情境化的物理問題,再利用物理知識(shí)、數(shù)學(xué)工具,以及必要的生活體驗(yàn)、感悟、直覺,進(jìn)行推導(dǎo)、驗(yàn)算、解決問題.簡(jiǎn)而言之,就是要具備良好的物理解題素養(yǎng).增加學(xué)生的實(shí)際體驗(yàn),增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí),讓學(xué)生在實(shí)踐中感悟和升華,這是提升學(xué)生解題素養(yǎng)的重要途徑.

1 增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí),提高數(shù)據(jù)處理能力

圖2

(2011年江蘇高考物理第4題)如圖2所示,演員正在進(jìn)行雜技表演,由圖可估算出他將一只雞蛋拋出的過程中對(duì)雞蛋所做的功最接近于

(A) 0.3 J. (B) 3 J.

(C) 30 J. (D) 300 J.

本題的難度系數(shù)為0.29,相當(dāng)于當(dāng)年只有不到6%的考生答對(duì)這道題.這是一道貼近生活,能夠緊密聯(lián)系實(shí)際的估算題,所要考察的知識(shí)點(diǎn)都是高中物理階段的核心基礎(chǔ)知識(shí).要解此題,首先,要正確建構(gòu)拋體運(yùn)動(dòng)的物理模型,厘清功能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系;其次,做好兩個(gè)估算:一是依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)估算一只雞蛋的質(zhì)量,二是依據(jù)圖中雞蛋的軌跡估算雞蛋拋出上升的高度.這道題充分體現(xiàn)了新課程“重生活”、“重實(shí)踐”、“重情感”的基本理念,讓那些平時(shí)肯動(dòng)腦筋、會(huì)學(xué)習(xí),能注重生活、聯(lián)系實(shí)際的同學(xué)真正有收獲,此題又具有極高的區(qū)分度,是一道真正體現(xiàn)新課程理念的的物理好題.

其實(shí)本題就是源于教材后的“發(fā)展空間”:估算人拋石塊時(shí)手對(duì)石塊做功的多少.要解決好這類估算問題,一定要注重實(shí)踐,關(guān)心生活,靈活運(yùn)用,這對(duì)中學(xué)物理的教學(xué)也起到了良好的導(dǎo)向作用.

2 增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí),發(fā)展問題轉(zhuǎn)化能力

(2016年全國(guó)理綜Ⅰ卷第17題)利用3顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星,可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通訊.目前,地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍.假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)上述目的,則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為

(A) 1 h. (B) 4 h.

(C) 8 h. (D) 16 h.

圖3

本題的難度系數(shù)為0.27,相當(dāng)于當(dāng)年只有不到3%的考生答對(duì)本題.本題主要考察同步衛(wèi)星、開普勒第三定律,這些知識(shí)點(diǎn)對(duì)于考生來說都不是大的問題,本題主要難在審題上,難在將題中抽象的文字描述轉(zhuǎn)化為“同步衛(wèi)星”運(yùn)動(dòng)模型的物理建構(gòu)上.首先,根據(jù)題中文字描述“假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小”,得到同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)周期也變小,進(jìn)而判斷同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)半徑也變小,但依然要滿足“僅用三顆同步衛(wèi)星,可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通訊”這一條件,可知最終任意兩衛(wèi)星的連線必與地球相切(如圖3所示),最后,利用數(shù)學(xué)關(guān)系得到,在此臨界狀態(tài)下,衛(wèi)星的軌道半徑恰好等于地球半徑的2倍,此時(shí)衛(wèi)星的周期即為地球自轉(zhuǎn)的最小周期.

高考中的難題之所以難,大多數(shù)并非是所考查的知識(shí)有多難,很多時(shí)候恰恰是難在能力、意識(shí)和習(xí)慣等方面,因?yàn)殛P(guān)鍵的解題條件是隱藏在文字之下的,需要通過學(xué)生自覺地轉(zhuǎn)化進(jìn)行發(fā)掘,只有把題中的文字?jǐn)⑹鲛D(zhuǎn)化為恰當(dāng)?shù)奈锢砬榫持?才能進(jìn)一步形成物理解題的條件和要求,進(jìn)而運(yùn)用數(shù)學(xué)方法加以解決,得到問題的答案.

因此,具有自發(fā)轉(zhuǎn)化題目物理情境的意識(shí)和能力對(duì)解題來說具有關(guān)鍵意義,這就需要增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí),對(duì)物理情境能進(jìn)行具體分析,打破思維定勢(shì),創(chuàng)造性地分析和解決具體問題,最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力,而不是簡(jiǎn)單的生搬硬套.

3 增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí),培養(yǎng)高效建模能力

圖4

(2015年江蘇物理第13題)如圖4所示,做磁共振(MRI)檢查時(shí),對(duì)人體施加的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)會(huì)在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流.某同學(xué)為了估算該感應(yīng)電流對(duì)肌肉組織的影響,將包裹在骨骼上一圈肌肉組織等效成單匝線圈,線圈的半徑r=5.0 cm,線圈導(dǎo)線的橫截面積A=0.80 cm2,電阻率ρ=1.5 Ω·m,勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直,若磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0.3 s內(nèi)從1.5 T均勻地減小為0,求(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)

(1) 該圈肌肉組織的電阻R;

(2) 該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E;

(3) 0.3 s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q.

本題基于醫(yī)療器械 “磁共振”這一生活情境,主要考查電阻定律、法拉第電磁感應(yīng)定律以及電熱的相關(guān)知識(shí).這是計(jì)算題的第1題,從知識(shí)要求以及試卷結(jié)構(gòu)上來講該題的難度應(yīng)該不大,但事實(shí)上最終的得分率比預(yù)期的要低很多.主要原因是該題的問題情境較新,考生沒能根據(jù)題中文字描述,將“將包裹在骨骼上一圈肌肉組織等效成單匝線圈”,建立正確的環(huán)形電阻模型,導(dǎo)致沒能準(zhǔn)確理解和區(qū)別題中描述的“線圈半徑”和“線圈導(dǎo)線的橫截面積”,以致第一問就沒能做對(duì),直接就影響到另外兩問的解答.

建模是人類最重要的研究問題的方法之一,是認(rèn)識(shí)自然界本質(zhì)和規(guī)律的必經(jīng)之路.要正確建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?只有基于實(shí)踐的體驗(yàn),理性的認(rèn)識(shí),抽象的思維,物理的直覺,避開表面現(xiàn)象的干擾,透過現(xiàn)象抓住問題的本質(zhì),緊扣主要因素,忽略次要因素,對(duì)實(shí)際情境進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化和抽象,將實(shí)際情境轉(zhuǎn)化為理想化的物理模型,讓實(shí)際問題具體化、形象化.[4]

4 增強(qiáng)實(shí)踐感知,提升抽象問題處理能力

習(xí)題教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分,是提升學(xué)生解題素養(yǎng)的重要途徑,在習(xí)題教學(xué)中努力創(chuàng)設(shè)情境,增加學(xué)生體驗(yàn),培養(yǎng)問題轉(zhuǎn)化能力,提升物理感知,讓解題情境直觀而豐滿.

圖5

例如,高一在學(xué)完“力的合成與分解”之后,筆者都會(huì)通過下題來檢測(cè)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握和理解情況.如圖5所示,重為G的物體在兩根細(xì)繩的懸掛下處于靜止?fàn)顟B(tài).細(xì)繩AC、BC與豎直方向的夾角分別為θ1=60°,θ2=30°,求細(xì)繩AC、BC對(duì)物體的拉力各多大?

不少學(xué)生由于剛接觸合力與分力,經(jīng)常會(huì)把AC、BC邊的長(zhǎng)度當(dāng)成分力的大小作平行四邊形,造成細(xì)繩AC對(duì)物體的拉力大于BC對(duì)物體拉力的錯(cuò)誤結(jié)論.

筆者并沒有直接糾正學(xué)生的錯(cuò)誤,而是帶領(lǐng)學(xué)生到操場(chǎng)上玩單杠,讓學(xué)生親自體驗(yàn),形成強(qiáng)烈的主觀感悟,認(rèn)識(shí)到自己的答案和真實(shí)體驗(yàn)之間的不同,然后再引導(dǎo)學(xué)生去分析原因,找出問題來.通過實(shí)踐體驗(yàn),學(xué)生不僅解決了實(shí)際的問題,更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生解決問題時(shí)聯(lián)系生活實(shí)際的實(shí)踐意識(shí),增強(qiáng)了解決問題的物理感知,有時(shí)物理感知常常成為解決棘手問題的有效突破口.

圖6

(2013年江蘇高考物理高考第2題)如圖6所示,“旋轉(zhuǎn)秋千”中的兩個(gè)座椅A、B質(zhì)量相等,通過相同長(zhǎng)度的纜繩懸掛在旋轉(zhuǎn)圓盤上.不考慮空氣阻力的影響,當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓盤繞豎直的中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),下列說法正確的是

(A)A的速度比B的大.

(B)A與B的向心加速度大小相等.

(C) 懸掛A、B的纜繩與豎直方向的夾角相等.

(D) 懸掛A的纜繩所受的拉力比懸掛B的小.

解決本題,一定要抓住A、B兩個(gè)座椅角速度相同,再利用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)分析選項(xiàng).但如果我們關(guān)注了生活中“旋轉(zhuǎn)秋千”這一常見現(xiàn)象,我們便會(huì)立馬判斷出處于外側(cè)的懸掛座椅B的纜繩比懸掛A的纜繩與豎直方向的夾角要大,再畫出受力草圖,簡(jiǎn)單加以分析,答案便一目了然.

物理的直覺和感知是提高物理解題能力的重要手段,而這不是純粹的知識(shí)所能夠替代的,它的生長(zhǎng)必須要經(jīng)歷實(shí)踐,通過真實(shí)的體驗(yàn)來感悟,進(jìn)而內(nèi)化為物理解題的基本素養(yǎng).

學(xué)習(xí)物理,并不一定就是為了將來從事跟物理相關(guān)的工作,重要的是為了通過物理學(xué)習(xí),培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng),正如趙凱華先生所說:“一個(gè)人學(xué)了物理之后干什么都可以干,那他的物理就沒有白學(xué).”[5]提升學(xué)生物理學(xué)科的解題素養(yǎng),也并非僅僅是為了解決幾道題目,重要的是在提升解題素養(yǎng)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)、創(chuàng)新能力與科學(xué)精神, 為學(xué)生終生發(fā)展奠定基礎(chǔ).提升解題素養(yǎng),只靠系統(tǒng)的知識(shí)是不夠的,還得通過實(shí)踐體驗(yàn),在體驗(yàn)感悟中提升學(xué)生的解題素養(yǎng),在問題解決中實(shí)現(xiàn)試題的育人價(jià)值.