新課程理念下培養(yǎng)學(xué)生物理問(wèn)題解決能力

方福舉

摘 要：在課程改革背景下，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用與遷移，突出了對(duì)能力的全面考查，注重將物理基礎(chǔ)知識(shí)與生產(chǎn)、生活和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用相結(jié)合，特別對(duì)學(xué)生的解決問(wèn)題能力有了更高的要求，而教師要通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)、方法教學(xué)，建立物理模型，加強(qiáng)圖象教學(xué)，注重物理過(guò)程分析，從而提高解決問(wèn)題能力。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)知識(shí)；基本方法；物理建模；圖象圖景；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

提高物理問(wèn)題解決能力是物理學(xué)習(xí)的主要目標(biāo)之一，然而，教學(xué)實(shí)踐表明，部分學(xué)生物理解題能力并不令人滿意，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：同一類型的問(wèn)題，稍做變換，卻不知如何解決；看問(wèn)題，尤其是不熟悉的問(wèn)題，不知從何處下手；解決問(wèn)題過(guò)程中有時(shí)會(huì)生搬硬套或不會(huì)靈活應(yīng)用知識(shí)，還有部分學(xué)生單獨(dú)各部分內(nèi)容學(xué)得不錯(cuò)，但在綜合性試題中卻難以勝任，學(xué)生中常有“一聽(tīng)就懂，一做就錯(cuò)”的感慨。這些現(xiàn)象說(shuō)明學(xué)生沒(méi)有真正掌握解決物理問(wèn)題的能力。那么在新改革形勢(shì)下，如何指導(dǎo)學(xué)生分析物理問(wèn)題，培養(yǎng)提高解決問(wèn)題能力呢？這就要求我們必須轉(zhuǎn)換教學(xué)觀念，教學(xué)方法的改革勢(shì)在必行，為此，我覺(jué)得應(yīng)做如下幾點(diǎn)。

1 掌握必要的基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法 ，提高物理問(wèn)題解決能力

掌握必要的基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法是解決物理問(wèn)題的必要條件，否則，就會(huì)成為“無(wú)源之水，無(wú)本之木”。達(dá)爾文說(shuō)過(guò)“最有價(jià)值的知識(shí)是關(guān)于方法的知識(shí)”，研究物理問(wèn)題有哪些科學(xué)方法呢？主要有分析與綜合的方法、比較與分類的方法、抽象與概括的方法、科學(xué)推理等方法，在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合具體事例讓學(xué)生在實(shí)踐中去應(yīng)用、體會(huì)、總結(jié)這些基本方法。比如：

例1 某同學(xué)質(zhì)量為50kg，站在以1m/s2勻加速上升的電梯中，求人對(duì)電梯的壓力。

在與同學(xué)討論中，可歸納出用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的一般方法：

（1）確定研究對(duì)象（對(duì)人）

（2）對(duì)人受力分析情況（如圖1所示）

（3）分析運(yùn)動(dòng)情況（畫出人的加速度、速度方向）

（4）取坐標(biāo)、建立方程（先用字母式）

豎直： FN-mg=ma

（5）求解（代數(shù)法）

用牛頓第三定律說(shuō)明壓力大小與方向

（6）判斷答案的合理性

掌握以上基本方法后，學(xué)生再遇到牛頓定律類似問(wèn)題時(shí)，思維就有了一定的“方向”，就能提高分析和解決問(wèn)題的能力。

同時(shí)，高中物理中用到許多的數(shù)學(xué)基本方法：函數(shù)法、微元法、比例法、極限法、矢量分析法、三角函數(shù)公式等。應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決問(wèn)題，是學(xué)習(xí)物理時(shí)最基本和重要的能力。

2 重視物理建模思維，提高物理問(wèn)題解決能力

物理題目千變?nèi)f化，即使掌握了基本知識(shí)和基本方法，又如何確定用哪種方法解題呢？一些物理概念、現(xiàn)象、過(guò)程、規(guī)律和結(jié)構(gòu)乃至物理習(xí)題都是在一定的物理模型上建立和設(shè)計(jì)的，學(xué)生能否根據(jù)題意建立正確的物理模型是學(xué)生解題的關(guān)鍵，這就需要把具體的物理問(wèn)題抽象成“物理模型”，才能有效地確定用哪些方法解題。對(duì)基本的物理模型建立掌握好后，還要注意物理模型的變化，在變化中找本質(zhì)。

例2 如圖2所示，靜止在光滑水平面上的小滑塊A和B，質(zhì)量分別為2m 和m；現(xiàn)給小滑塊A水平向右的瞬間沖量，小滑塊向右運(yùn)動(dòng)與小滑塊B發(fā)生正碰，并粘在一起，恰好能通過(guò)半徑為R的半圓形光滑軌道最高點(diǎn)C，飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g。求：

（1）小滑塊在最高點(diǎn)C的速度大小 ；

（2）小滑塊落地點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離。

本題第（2）問(wèn)就考查平拋運(yùn)動(dòng)的物理模型，老師要培養(yǎng)學(xué)生掌握平拋運(yùn)動(dòng)物體的受力情況，初速度與力的夾角關(guān)系，運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向變化情況，運(yùn)動(dòng)位移的變化情況，速度改變角的正切值與位移改變角正切值關(guān)系，水平方向運(yùn)動(dòng)和豎直方向運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及公式化曲為直的方法。才能掌握平拋運(yùn)動(dòng)建模思維。

例3 （2017天津高考）如圖3所示，平面直角坐標(biāo)系xOy中，第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第Ⅲ象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示。一帶負(fù)電的粒子從電場(chǎng)中的Q點(diǎn)以速度v0沿x軸正方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，Q點(diǎn)到y(tǒng)軸的距離為到x軸距離的2倍。粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O離開(kāi)電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)，最終從x軸上的P點(diǎn)射出磁場(chǎng)，P點(diǎn)到y(tǒng)軸距離與Q點(diǎn)到y(tǒng)軸距離相等。不計(jì)粒子重力，問(wèn)：

粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向。

解：在電場(chǎng)中，粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)Q點(diǎn)到x軸的距離為L(zhǎng)，到y(tǒng)軸的距離為2L，粒子的加速度為a，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，有

本題第（1）問(wèn)考查類平拋建模，但要明確改變合外力和加速度的大小和方向，不再是重力和重力加速度。可以延伸出許多變式題型。如斜面上的類平拋，水平面上的類平拋，電場(chǎng)中的類平拋，復(fù)合場(chǎng)中的類平拋，才能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理建模深層次的認(rèn)識(shí)，觸類旁通，抓住問(wèn)題的本質(zhì)特征，提高解決物理問(wèn)題的能力。

3 加強(qiáng)圖象圖景教學(xué)，培養(yǎng)好的畫圖習(xí)慣，提高物理問(wèn)題解決能力

蘇霍姆林斯基說(shuō)過(guò)：“教會(huì)學(xué)生把應(yīng)用題畫出來(lái)，其意在于保證由具體思維向抽象思維的過(guò)渡”，實(shí)際上，我們?cè)诤诎迳辖o學(xué)生講解題目時(shí)，很自然地把示意圖畫在黑板上了，學(xué)生一看圖，題目已解決了大半，可問(wèn)題是學(xué)生不具備這種看題畫圖的能力，因此，在平時(shí)教學(xué)中，一定要重視示意圖的畫法訓(xùn)練。教師在講題、布置課堂練習(xí)和考查學(xué)生時(shí)，最好要求學(xué)生將文字題“翻譯”成圖形，建立正確的物理情景，同時(shí)還要重視課本插圖的觀察和思考，領(lǐng)會(huì)插圖的物理思想及反映的物理規(guī)律，更要注意培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)題目學(xué)會(huì)審題畫圖、讀圖、把圖的信息與過(guò)程變化和狀態(tài)對(duì)應(yīng)起來(lái)。

例4 一小車由靜止開(kāi)始做勻變速運(yùn)動(dòng)，先勻加速運(yùn)動(dòng)了6s，又勻速運(yùn)動(dòng)了12s，再勻減速運(yùn)動(dòng)了8s后停止，它共前進(jìn)了1200m，求它在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度vm。

[解析] 該問(wèn)題可用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算，但較為繁雜；若通過(guò)物理圖象、圖景創(chuàng)設(shè)，問(wèn)題就變得簡(jiǎn)單易懂。

此題可利用“作圖法”描繪出物理情景，如圖4，該圖形能所圍“面積”表示物體運(yùn)動(dòng)的位移，梯形的高即為最大速度vm，

實(shí)踐證明：加強(qiáng)圖象圖景教學(xué)，養(yǎng)成良好的畫圖習(xí)慣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的形象思維和自覺(jué)思維，提高解決物理問(wèn)題的能力。

4 注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ岣呶锢韱?wèn)題解決能力

高考物理實(shí)驗(yàn)題有力學(xué)和電學(xué)兩部分，分值15分。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ歉呖嘉锢淼哪芰σ螅彩翘岣呶锢韱?wèn)題解決能力有效途徑。

老師上實(shí)驗(yàn)課時(shí)經(jīng)常存在幾個(gè)誤區(qū)：（1）以講實(shí)驗(yàn)來(lái)代替做實(shí)驗(yàn)；（2）以多媒體展示實(shí)驗(yàn)來(lái)代替做實(shí)驗(yàn)；（3）把學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)改為演示實(shí)驗(yàn)；（4）老師越俎代庖替學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)；（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏學(xué)生的探究過(guò)程。所以平時(shí)要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要發(fā)揮學(xué)生的主體地位，在實(shí)驗(yàn)中要使學(xué)生多動(dòng)手動(dòng)腦。除了教材中的實(shí)驗(yàn)外，老師還要注重實(shí)驗(yàn)的改裝、實(shí)驗(yàn)的拓展，去提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

例5 在用伏安法測(cè)某元件的伏安特性實(shí)驗(yàn)中，小張同學(xué)將采集到的數(shù)據(jù)記錄在I-U坐標(biāo)圖上（如圖5甲所示），請(qǐng)完成下列問(wèn)題。

（1）請(qǐng)?jiān)趫D5甲中繪出伏安特性曲線，并由此圖線得出該電阻的電阻值Rx= Ω。

（2）除了待測(cè)元件、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外，還有以下一些器材可供選擇：

A.電壓表V1（量程3V，內(nèi)阻約30kΩ）

B.電壓表V2（量程15V，內(nèi)阻約150kΩ）

C.電流表A1（量程0.6A，內(nèi)阻約0.5Ω）

D.電流表A2（量程3mA，內(nèi)阻約300Ω）

E.滑動(dòng)變阻器R1（0～300Ω，額定電流0.5A）

F.滑動(dòng)變阻器R2（0～50Ω，額定電流60mA）

G.滑動(dòng)變阻器R3（0～10Ω，額定電流0.3A）

H.電源E1（電動(dòng)勢(shì)為1.5V，內(nèi)阻約為0.5Ω）

I.電源E2（電動(dòng)勢(shì)為3.0V，內(nèi)阻約為1.2Ω）

根據(jù)所繪的伏安特性曲線，為了調(diào)節(jié)方便，測(cè)量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的器材是 （填器材前面的字母）。

（3）根據(jù)所選器材，按要求補(bǔ)充完善圖5乙所示實(shí)物連線，實(shí)驗(yàn)前變阻器的滑片P應(yīng)置于最 （填“左”或“右”）端。

本題要求學(xué)生掌握教材中描繪小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)，測(cè)電阻的伏安法、滑動(dòng)變阻器的限流式與分壓式接法。第（2）問(wèn)很多學(xué)生選滑動(dòng)變阻器G，正確答案選E。學(xué)生認(rèn)為分壓式連接 滑動(dòng)變阻器就應(yīng)該選阻值小的。卻沒(méi)有考慮到電流條件限制。這種將已學(xué)知識(shí)應(yīng)用到未知領(lǐng)域，不是生搬硬套，而是活學(xué)活用，提高物理問(wèn)題解決能力。

總之，教師應(yīng)深刻領(lǐng)會(huì)新課程改革所提出的新思想，新理念，創(chuàng)造性指導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)物理解題能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)思維，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。