對(duì)高中物理解題思維方法的探究與運(yùn)用

◇ 浙江 孫群潔

物理解題能力是學(xué)生綜合運(yùn)用物理學(xué)科知識(shí)、方法,對(duì)物理問(wèn)題、物理現(xiàn)象或者規(guī)律進(jìn)行研究、分析并加以解決的能力,既涉及學(xué)生的記憶能力,更涉及學(xué)生的理解和運(yùn)用知識(shí)能力．《全日制普通高級(jí)中學(xué)物理教學(xué)大綱》明確指出,要“讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到,解題要經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考,不能機(jī)械地套用某種類(lèi)型,這樣才能切實(shí)有效地提高能力”．因此,高中物理教學(xué)過(guò)程中,教師必須緊緊圍繞高中學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)進(jìn)展,從解題思維方法的培養(yǎng)與鍛煉入手,努力培養(yǎng)學(xué)生的解題習(xí)慣、解題技巧和解題能力,幫助學(xué)生強(qiáng)化對(duì)物理學(xué)科知識(shí)、概念和規(guī)律的理解,使學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法,獨(dú)立自主地鉆研問(wèn)題,領(lǐng)會(huì)研究問(wèn)題的方式和方法．

1 解題思維方法的重要意義

習(xí)題教學(xué)是中學(xué)教育,尤其是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等理科教育中的重要教學(xué)方法,對(duì)于幫助和指導(dǎo)學(xué)生深化和鞏固已學(xué)知識(shí)、增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力,有著十分重要的作用．在傳統(tǒng)教學(xué)中,習(xí)題教學(xué)是理科教學(xué)的重要組成部分,甚至存在“題海戰(zhàn)術(shù)”的傾向．隨著現(xiàn)代教育理念的不斷轉(zhuǎn)變,特別是素質(zhì)教育思想的深化,習(xí)題教學(xué)的理念與方法也發(fā)生了明顯的變化．當(dāng)前,物理教學(xué)過(guò)程中的解題思維方法不再只是為了解題或者熟練運(yùn)用某種公式,而是更加注重學(xué)生物理學(xué)科思維體系的構(gòu)建,以及對(duì)物理知識(shí)、規(guī)律的深入理解．因此,高中物理的習(xí)題教學(xué)不能只看重解題的結(jié)果,更應(yīng)關(guān)注解題的思維與方法,關(guān)注學(xué)生分析和解決問(wèn)題的過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生更加深刻地理解物理、探索物理,促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的全面提升．

2 解題思維方法的具體應(yīng)用

結(jié)合具體教學(xué)活動(dòng)中的案例或者事例,本文擬從圖形解析、思維導(dǎo)圖、變式訓(xùn)練等方面,對(duì)高中物理解題思維方法進(jìn)行探究,分析其在具體教學(xué)環(huán)節(jié)中的實(shí)踐運(yùn)用．

2.1 圖形解析法

圖形解析法將數(shù)字與圖形相應(yīng)結(jié)合,使單純的物理學(xué)概念、數(shù)據(jù)變得更加直觀而清晰,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)物理知識(shí)的理解程度,提升解題效率．在高中物理教學(xué)過(guò)程中,圖形解析法是相對(duì)簡(jiǎn)單且直觀的教學(xué)方法,對(duì)于分析和解讀一些相對(duì)抽象的物理試題,以及涉及同類(lèi)數(shù)據(jù)較多、容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用錯(cuò)亂的題目,有著十分重要的作用．?dāng)?shù)形轉(zhuǎn)換、圖形結(jié)合的方法,雖然對(duì)相關(guān)物理量進(jìn)行了變化調(diào)整,但其物理規(guī)律的本質(zhì)仍然不變．

例如,在萬(wàn)有引力定律教學(xué)中,萬(wàn)有引力本身是無(wú)法直接觀察的物理現(xiàn)象,行星運(yùn)動(dòng)更是遙不可及的太空現(xiàn)象,對(duì)學(xué)生的抽象思維和理解能力有著一定的要求,而教師可以采取圖形解析的教學(xué)方法,將行星、引力等以圖形方式予以展現(xiàn),從而幫助學(xué)生更加直觀地感受能量的增、減等變化．

例有一個(gè)質(zhì)量為M、半徑為R、密度均勻的行星,距離其表面R處有一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn),M對(duì)m的萬(wàn)有引力為F1,當(dāng)從M中挖出一個(gè)半徑為R/2的球形空間時(shí),余下部分對(duì)m的萬(wàn)有引力為F2,求F1與F2之間的關(guān)系．

分析對(duì)于這道抽象的行星引力變化試題,多數(shù)學(xué)生由于想象能力有限根本無(wú)法理解．此時(shí),教師可以指導(dǎo)學(xué)生采取圖形解析的方法(如圖1),擺脫行星、引力等物理學(xué)概念的束縛,將試題轉(zhuǎn)化成為若干球體之間的幾何關(guān)系,以大小不同的球體表示行星、球形空間等物體,并將相應(yīng)的試題數(shù)據(jù)標(biāo)注在球體上,使物理規(guī)律題演化成為數(shù)學(xué)幾何題,有效降低試題的理解難度和解決難度．

圖1

通過(guò)圖形轉(zhuǎn)換,學(xué)生可以更加直觀地分析試題的內(nèi)容及其要求,形成以下解題思路：質(zhì)點(diǎn)與大球的中心之間的距離為2R,由萬(wàn)有引力的計(jì)算公式有

則余下部分對(duì)質(zhì)點(diǎn)m的萬(wàn)有引力

由此可得F1與F2之間的比例關(guān)系為

2.2 思維導(dǎo)圖法

在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中,由于學(xué)科涉及的知識(shí)面較廣,力學(xué)、電磁學(xué)等諸多知識(shí)既存在相互聯(lián)系、又有一定的區(qū)別,往往容易讓學(xué)生在認(rèn)知和理解方面產(chǎn)生混淆,進(jìn)而造成在試題解答過(guò)程中誤用公式、概念亂搭等問(wèn)題．究其原因,主要是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中貪多或貪快,機(jī)械地采取背誦或題海等方式進(jìn)行學(xué)習(xí),導(dǎo)致沒(méi)有對(duì)物理學(xué)科形成系統(tǒng)的認(rèn)知,進(jìn)而影響了具體解題過(guò)程中思維方法的運(yùn)用．因此,在高中物理教學(xué)中,教師和學(xué)生都應(yīng)當(dāng)秉持“磨刀不誤砍柴工”的思想,在日常學(xué)習(xí)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)相關(guān)學(xué)科知識(shí)體系的理解和構(gòu)建．采取思維導(dǎo)圖這一行之有效的教學(xué)方式,可以使學(xué)生逐漸形成對(duì)物理知識(shí)的體系認(rèn)知,進(jìn)而更好地理解和領(lǐng)悟物理知識(shí),從而在后續(xù)的解題過(guò)程中形成更加科學(xué)和系統(tǒng)的解題思維,提高解題的效率和質(zhì)量．

例如,在機(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)中,學(xué)生此前已經(jīng)學(xué)習(xí)了相關(guān)的力學(xué)知識(shí)、能量知識(shí),對(duì)力與功、功與能量之間的關(guān)系形成了初步的認(rèn)知,但在進(jìn)行機(jī)械能學(xué)習(xí)尤其是機(jī)械能守恒定律的理解時(shí),往往會(huì)在動(dòng)能、勢(shì)能以及重力、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等概念認(rèn)知中陷入混亂,從而在解答試題時(shí)忽視某個(gè)或某些能量及其轉(zhuǎn)化關(guān)系,造成失分．因此,教師可以以機(jī)械能守恒定律為核心,將其與能量守恒定律進(jìn)行全方位的聯(lián)系,逐漸延伸出功能關(guān)系、能量守恒定律、機(jī)械能等相關(guān)知識(shí)點(diǎn),以點(diǎn)帶面形成機(jī)械能守恒定律的知識(shí)體系架構(gòu),以便在解題時(shí)能夠清晰地看懂題目所要表達(dá)的含義及需要計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)(如圖2)．

對(duì)于學(xué)生建構(gòu)的思維導(dǎo)圖,教師要發(fā)揮支持和引導(dǎo)的作用,鼓勵(lì)學(xué)生不斷更新和完善自己的思維體系,指導(dǎo)學(xué)生找出自己的錯(cuò)誤及其原因,切忌代替學(xué)生建構(gòu)．只有將課堂和學(xué)習(xí)交還給學(xué)生,建立“以生為本”的核心學(xué)習(xí)體系,才能最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,使解題思維方法由戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用變成戰(zhàn)略思想,促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)向縱深發(fā)展．針對(duì)學(xué)生在試題練習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的差錯(cuò),教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行反饋,不必拘泥于試題本身的錯(cuò)誤,深入了解學(xué)生思維導(dǎo)圖建構(gòu)的困難和缺陷,盡早幫助學(xué)生完善自己的物理認(rèn)知體系,必要時(shí)可以調(diào)整教學(xué)進(jìn)度、改進(jìn)教學(xué)方法,促進(jìn)學(xué)生的全面進(jìn)步和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展．

圖2

2.3 變式訓(xùn)練法

高中物理的知識(shí)點(diǎn)不僅涉及內(nèi)容較多,而且同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)在不同的條件下有著不同的用處,因而在進(jìn)行物理教學(xué)時(shí)切忌固化思維,更不能讓學(xué)生形成知識(shí)點(diǎn)“一對(duì)一”的錯(cuò)誤理解．因此,教師在進(jìn)行解題思維方法教學(xué)與運(yùn)用時(shí),有必要采取變式訓(xùn)練的方法,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“一題多解”和“一題多變”,通過(guò)適當(dāng)變化試題的形式、內(nèi)容及解題思路,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和發(fā)散性思維,使學(xué)生在同一組物理試題的練習(xí)過(guò)程中既能有效強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn),又能拓展知識(shí)面,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)深度與廣度的均衡發(fā)展．

所謂一題多解,就是在物理試題設(shè)計(jì)時(shí)提供更多的條件與數(shù)據(jù),使學(xué)生既能夠通過(guò)A方法進(jìn)行試題解答,也能通過(guò)B方法進(jìn)行解題,而不同的方法涉及的知識(shí)點(diǎn)既有相同也有不同,從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行全面復(fù)習(xí)、融會(huì)貫通,不斷拓寬學(xué)生的解題思維方法．所謂一題多變,是指對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的物理試題,通過(guò)改變個(gè)別變量條件、數(shù)據(jù)、背景資料等方式,在幫助學(xué)生更好地掌握物理知識(shí)點(diǎn)和解題規(guī)律的同時(shí),不斷強(qiáng)化學(xué)生的審題能力,使學(xué)生在解題時(shí)能夠保持高度集中的注意力,避免因疏忽大意而出現(xiàn)錯(cuò)誤．

例如,在進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)解題練習(xí)時(shí),教師可以按照如下方式設(shè)置問(wèn)題．

如圖3-甲,小球沿著圓環(huán)的弦下滑到最底端時(shí),不同的路線用時(shí)是否相同?然后將題目進(jìn)行微調(diào)．

例如,圖3-乙中小球的起止位置顛倒、圖3-丙中小球運(yùn)動(dòng)路徑變成兩個(gè)圓環(huán)等．學(xué)生在反復(fù)多變的練習(xí)中感受物體在不同環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并結(jié)合解題總結(jié)出運(yùn)動(dòng)規(guī)律,形成自主思考的解題思維方法,取得事半功倍的學(xué)習(xí)效果．

圖3

在變式訓(xùn)練教學(xué)過(guò)程中,教師必須充分發(fā)揮自身的教學(xué)素養(yǎng),有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,不能將一題多變簡(jiǎn)單地等同于改變?cè)囶}數(shù)字或者條件,而應(yīng)將物理學(xué)科的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)融入試題的變化當(dāng)中,使每一道試題都能夠考查、鞏固學(xué)生的某些知識(shí)點(diǎn)．當(dāng)學(xué)生已經(jīng)基本掌握并且能夠較好解答教師提出的問(wèn)題時(shí),教師可以引導(dǎo)學(xué)生自行開(kāi)展一題多解和一題多變練習(xí),讓學(xué)生自己對(duì)例題進(jìn)行條件或者內(nèi)容的修改,再自行答題或者與同學(xué)互換答題,從而更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在主動(dòng)學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)主動(dòng)思考的深層目標(biāo)．

綜上所述,現(xiàn)代教育教學(xué)理念對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)能力等給予了高度的重視,核心素養(yǎng)培養(yǎng)也已成為教育界的共識(shí)．在高中階段,雖然學(xué)生面臨著高考的嚴(yán)峻考驗(yàn),但教學(xué)活動(dòng)不能再走過(guò)去“題海戰(zhàn)術(shù)”的老路,教師應(yīng)當(dāng)重視學(xué)生解題思維方法的培養(yǎng),努力增強(qiáng)學(xué)生的物理思維與物理意識(shí),幫助學(xué)生逐漸形成對(duì)物理學(xué)科的認(rèn)知體系,提高學(xué)生由表及里、舉一反三的解題能力,使學(xué)生在熟練運(yùn)用已有知識(shí)解答試題的基礎(chǔ)上,有效提升邏輯思維能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展,引導(dǎo)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)和研究的道路上逐漸走向深入,為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)更加優(yōu)秀的人才．