物理教學的幾種解題思維方法的研究和應用

摘要：物理教學中突出新的思維方法，能使學生擴展解題思路，增強分析問題和解決問題的能力，提高學生學習物理的樂趣，同時也能對學生個人素質的提高打下一定的基礎。

關鍵詞：物理教學解題方法提高學生素質

物理教學的目的，不僅是教給學生物理學中的基本概念和基本規律，更重要的是培養學生分析和解決問題，掌握正確的物理思維方法。下面筆者根據物理教學實踐談談物理教學中的幾種物理思維方法。

一、理想化物理模型建立的思維方法

物理模型有質點、剛體、彈簧振子、單擺、理想流體、點電荷、點光源等。

物理模型是科學抽象思維的產物，是為了便于抓住事物的本質，順利地解決問題，人們在科學分析的基礎上，突出事物中與被研究問題有關的主要因素。理想化物理模型實際是不存在的，但是建立和應用理想模型來研究問題，可以使復雜的不易解決的物理問題簡單化，使抽象的理論形象化，突出主要矛盾，便于思考和解決問題。

在教學中教師要使學生對物理模型的概念有明確的認識，從而使學生了解物理模型的意義，以及運用的必要性和優越性，并逐步掌握這種研究方法。

理想化的方法是把物體本身理想化或把物體所處的條件理想化。如質點、剛體等是把物體本身理想化；如光滑的表面、絕熱的容器等是把物體所處的條件理想化，這就是抓住了起主要作用的性質、條件，暫時免去起次要作用的性質、條件。

我們研究物理首先要明確研究對象是什么模型，再弄清楚變化過程是什么模型，如：

【例題】水平地面上放置一個正方體木塊，重50牛頓，木塊與地面間的最大靜摩擦力為30牛頓，在木塊上施加一水平方向的力F（如圖一（a））欲保持木塊靜止，力F不得超過多大？

解：如果我們摹仿上題得出F≤30牛頓的答案，那就大錯特錯，這題的研究對象存在轉動問題，故應作為剛體模型對待。

如圖一（b），設木塊邊長為1，在力F的作用下仍處于靜止狀態，此時木塊受四個力作用，重力G、地面支持力N、靜摩擦力f和作用力F，應該注意，支持力N不應通過重心，因為這里考慮力矩平衡問題，設其作用點與O點距離為X，根據物體平衡條件：∑Fx=0、F=f、∑Fy=0、N＝G，對于O點力矩代數和為零，∑M=0，F#8226;1+N#8226;X-G#8226; =0，得到：F= - #8226;X，∵X≥0，∴F≤ ，即：F≤25牛頓，這就是說，力F不得超過25牛頓，否則木塊雖然不滑動，但是會翻到。

從以上例中可以看出，正確地選擇研究對象的模型是非常重要的。

二、逆向思維的方法

在解物理習題時，往往時進行順向思維（即由原因和題設條件一步一步推導結果）。這種從正面思考問題的習慣思維方式有它的優勢，在解決很多物理問題時也十分有效。但是也有些問題沿順向思考顯得極為繁瑣、復雜，甚至無法求解。如果換一個思維角度，采用由果索因，從問題的反面去進行逆向思維，其解題過程會變得簡單、快捷。

【例題】給容積為1L的貯氣鋼瓶打氣，每次打進1標準大氣壓的空氣150cm ，已知鋼瓶在充氣前已經裝有1atm的空氣，問至少要給鋼瓶打多少次氣，才能使瓶內氣體的壓強達到15atm。設鋼瓶不漏氣，溫度保持不變。

解：把末態視為初態，想象打進的氣體等溫膨脹到一個與鋼瓶相通的彈性袋中，并與鋼瓶原有氣體相聯視為末態，則壓強為1arm，由波意耳－馬略特定律ρ v =ρ v 得：

15×1=1×（1+0.150n），∴n= =94（次）。

三、等效的思維方法

等效思維方法是通過對問題中某些因素進行變換或直接用相似性，利用某一規律進行分析而得到相等效果得一種科學思維方法。歷史上曹沖秤象的故事中，曹沖就是利用一種等效的方法，用石頭的重量等數代替了大象的重量。在力學中進行力的合成與分解，電學中的等效電路等都是應用了等效的方法。以下舉例說明這種方法的應用。

【例題】在圖二（1）所示的電路中求電壓U 。

求電壓的一般解法是應用基爾霍夫第一、第二定律，但較麻煩，若用等效思維法求解，較為簡便，將電阻網絡等效為一個電阻R ，如圖二（2）。將原網絡中跨接于A、B兩點間的2個1R電阻移在一邊即得圖二（3），這是一個平衡的惠斯通電橋，C、D兩點間電位相等，3R和6R中沒有電流通過，相當于斷路，于是得等效電路圖二（4），由圖二（4）立即可得R = R，同時根據圖二（2）得到：U = = = 。

四、類比推理的思維方法

類比推理是通過兩類具有相同式相似屬性的事物之間的比較，從一類事物的某些已知特征，去推測另一類事物相應特征的思維方法。

例如，安培從環形電流的磁現象類比，提出分之電流的假說，圓滿解析了各種磁現象、德布羅意從光的二像性類化，提出實物核子的粒二像性假說。

類比推理是根據已有知識，通過同類知識整理歸納，觸類旁函，達到認識規律，由未知歸已知的方法。如：

【例題】氣球以10米/秒的速度勻速豎直上升。從氣球上掉下一物體經17秒到達地面，求物體剛脫離氣球的高度。

【分析】解此題時，我們期望學生運用位移的概念明確h＝V t+ gt 是勻變速運動的位移公式，而不是路程公式，可依題意代入數據求解。但是由于學生的“位移”概念是在水平運動情況下建立起來的，學生不善于將“位移”概念從運用于水平方向運動遷移到豎直方向的運動問題，因而在新的問題前面一籌莫展，或應用路程的概念繁瑣地分段求解，達不到練習設計的預定目標。

如果我們先設計水平情景的問題（X軸方向），如圖三所示，作直線運動的質點從初位置A向右作勻減速運動到B，然后再從B返回向左勻加速運動經過A到O，求質點的位移。這是一個學生熟知的水平情境中的問題，運用“位移”概念，很容易解出AO線段的長度（位稱的大小）方向從A指向O。我們作一與X軸的方向垂直的Y軸，使Y軸上的A、B、O點上一一對應，通過類比推理，可使學生很快抓住兩種情境下運動的同一性，問題就迎刃而解。

六、發散思維的方法

發散性思維是以豐富的基礎知識為依據，能突破常規地從多個不同角度尋找解決問題的途徑，獲得答案的思維方式。在物理教學中，可引導、啟發學生從多方面去思考，多角度、多渠道地探討、研究和認識問題，最后解答問題，提倡一題多解，尤其是上復習課時更要如此。

【例題】以初速度V 豎直上拋一物體，已知在t 秒末物體上升到h高處，在t 秒末物體又回到同一高度h處，試證明：h= 。

解法一：設物體在t 秒末的速度為v ，則有：v =v -gt。

另外根據題意可知，從h處物體繼續上升到最高處所用時間t′= ，

∴v =gt′= g(t -t )，

即有：v -gt′= g(t -t )，

v = g(t +t )（1）

由豎直上拋運動規律可得：h=v t- gt（2）

將（1）代入（2）得到：h= gt t （3）

由（1）×（3）得到：v h= g （t +t )t t ，

∴h= ，原命題證畢。

解法二：由機械能守恒定律可得：mgh+ mv= mv，

則有：gh+ v= v（1）

由運動學：v =v -gt （2）

v = g(t +t )（3）

把（2）、（3）式代入（1）得：gh- g t t =0，

即：h= gt t 。

將（3）×上式得到：h= ，原命題證畢。

解法三：（用韋達定理求解）由豎直上拋運動規律得到：h=v t- gt ，

即：t - t- =0（1）

依題意可知，t 、t 是方程（1）的兩個根，根據韋達定理可得：

t +t = （2）

t t = （3）

將（2）×（3）得：（t +t ）t t = ，

整理得：h= ，原命題證畢。

學生創造性思維能力得培養，并不是一蹴而就的，要經歷相當長時間的引導和鍛煉，需要師生堅持不懈地努力。

以上是根據平時教學和學生練習中歸納總結幾種物理思維方法，有效培養學生思維能力的教學方法還有很多，需要在長期的教學中不斷加以總結、提煉。總而言之，培養學生的思維能力是當今教學實踐中的一項重要工作，我們必須在實踐中認真總結和挖掘，積極培養、開拓學生的思維能力，從而達到全面提高學生素質之目的。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”