高中物理習題教學中學生思維品質的培養

賀向向 李衛東 劉艷峰

(延安大學物理與電子信息學院,陜西 延安 716000)

物理學源于自然,透過物理可以更好地融入自然并探索自然中存在的奧秘.在物理教學中,教師應加強培養學生探索自然的科學精神,并塑造學生的科學思維品質,進而提升科學素養.筆者通過近幾年的教學實踐,發現物理習題在培養學生基礎知識與技能的同時,也在間接地培養學生的科學思維品質.在此,筆者基于學生思維障礙的成因,以習題教學為例深入探討了培養學生思維品質的措施,為我國新課改目標順利達成打下基礎.

1 學科思維障礙剖析

物理學一直被賦予了“抽象學科”的稱號,由于大多數生活中的物理現象太過朦朧,比如:力、聲音、電場、磁場等.我們無法具體描述它們的形狀、大小,因此學生在做題時出現思維障礙是難免的.通過對學生平時課堂練習、課后作業、以及檢測試卷中的分析,發現學生在對知識的理解與應用、對習題的解讀和答題時的思維方式等方面存在一定的障礙.[1]表1是筆者對思維障礙類型及歸因的分析.

表1 “物理思維障礙”類型與歸因分析

續表

2 塑造學生科學思維品質的途徑

2.1 細心研題,使物理現象數學化,加強思維嚴謹性的訓練

思維的嚴謹性是指思考問題一絲不茍、有理有據、邏輯思維周密.[2]審題時思維要敏感,首先得注意題中給出的直觀條件,并聯想相關物理知識;其次當題意比較復雜時,通過分析語句深入挖掘隱藏信息,再將題中已知的條件與所學物理概念或知識對號入座.如此將有利于避免物理前概念對學生思維的影響以及學生對知識的混淆,更是加強了思維嚴謹性的訓練,可謂是一箭雙雕.

圖1

例1.如圖1所示,一個下極板接的平行板電容器,且與電動勢為E的直流電源(內阻不計)連接,電容器中的P點有一帶電油滴且恰好處于靜止狀態.現將平行板電容器的上極板豎直向上移動d1的距離,則

(A) 帶電油滴將沿豎直方向向上運動.

(B)P點的電勢將降低.

(C) 帶電油滴的電勢能將增加.

(D) 極板帶電荷量和電容器的電容均減小.

分析目的:學生可以既快又準地挖掘出題中隱含的信息,同時將其轉化為所學的物理符號或公式,在讀題中訓練學生嚴謹、周密、有序的思維品質;在對信息的轉換中,有效地幫助學生回顧物理概念與知識,以及檢測他們對知識的熟練程度.可見細心審題以及學會轉化物理信息更好地為知識若隱若現的思維障礙提供了行之有效的思維方法.

2.2 增設STS習題,加強遷移性思維的訓練

遷移思維是指人腦根據已獲取的知識、技能和方法來促進新的知識、技能和方法的獲取的思維能力.教學中的遷移思維是指學生通過所學已有知識對新知識的促進與干擾,遷移性思維是進行終生教育的主要手段之一.[3]近幾年在新課標的推動下,我國教育更注重學生各方面綜合素質能力的提升,在習題中增設一些貼近生活的新現象、新科技,以給予信息材料的方式呈現新知識,進而通過考察學生對新現象、新問題的分析解決能力的途徑來突破思維定式.

圖2 電子天平結構

例2.某電子天平結構如圖2，整個裝置由E形磁鐵組裝而成,磁極寬均為L,且中心是S極,兩側是N極且之間的磁感應強度大小均為B(忽略邊緣效應).電子天平工作原理:一正方形線圈骨架與秤盤組合為一個整體,且套于中心磁極上,線圈兩端C、D與外電路連接.當質量為m的重物放在秤盤上時,秤盤和線圈一起隨著彈簧的壓縮向下運動,但保持骨架與磁極不接觸,隨后外電路對線圈供電,秤盤和線圈恢復到起始狀態保持靜止,由此通過對應的電流I就可以確定重物的質量.已知線圈的電阻為R,匝數為n,重力加速度為g.問:

(1) 供電電流I是從C端還是從D端流入?求重物質量與電流的關系.

(2) 設線圈中消耗的功率最大為P,那么該電子天平最多能稱量多重的物體?

解析: (1) 外加電流從D端流入.

設線圈受到的安培力為FA,

由FA=mg和FA=2nBIL，得

(2) 設稱量物體的最大質量為m0.

分析目的:以上類型的題千姿百態,而所有題的出現方式都與本題類似.以本題為例分析:題中詳細介紹了電子天平的原理并給出了結構圖,看似陌生但卻將無形的物理知識應用到有形的物體中,通過新舊知識的同化、順應有效地解決了電磁感應問題,達到知識正遷移的效果.可見STS習題中配有許多物理科學研究中的新成果、新技術、新信息,增設STS習題既有助于將抽象的物理學融入生活,又可以使學生透過習題了解當代科技的迅猛發展以及社會的進步與物理這一學科的密切聯系,有效地訓練學生遷移思維.

2.3 轉抽象為具體,加強思維的深刻性的訓練

思維的深刻性是指思維活動的廣度、深度和難度.它表現為智力活動中深度思考問題,善于透過現象抓住事物的本質和規律.[4]自組織理論認為要表現思維的深刻性,必須使大腦的認知狀態從平衡態過渡到非平衡態,這樣才能是學生的思維在原來認知結構的平衡態下,通過外來事物的刺激而被同化或順應,從而變革為新的平衡態.轉抽象為具體可更好地將生活現象與問題聯系在一起,從而削弱思維定式的錯誤性以及消除知識的負遷移現象,促進學生深刻性思維品質的發展.

例3.在某學校門口有一減速帶,有一輛警車正以20m/s的最大速度從學校門口駛過追趕逃犯,當警車距離前方減速帶50m時,發現逃犯正騎電動車并以10m/s的速度勻速通過減速帶,而警車需勻減速到5m/s后再立即以2.5m/s2的加速度繼續追趕.(在整個過程中警車與逃犯均在水平直道上運動)求從警察發現逃犯到追到逃犯需要的時間.

思路點撥:已知警車與人相距50m，

vmax=20m/s,v人=10m/s.

2a1s1=vmax2-v末2.

x車=s1+s2+vmax(t-t1-t2)，x人=v人t，

追上條件x車+50=x人，得t=12.5s.

分析目的:本題過程比較復雜,學生在讀題時需要有針對性地圈出主要的運動過程,然后及時與研究對象對號入座,防止遺忘或漏掉其中所提供的信息,并采用物理現象數學化的方法做答.利用上述解題方法可將復雜的運動過程進行有序的整理,并將抽象的相遇追及問題轉化為具體的物理生活現象,透過生活現象挖掘問題的本質,使思維活動從舊的平衡態變革到新的平衡態,加強思維的深刻性訓練.

2.4 巧思妙解,加強思維獨創性訓練

思維的獨創性是指在學生在學習知識時善于探尋新的方法,在遇到問題時善于尋找新穎的層次或交接點.[5]主要體現在敢于打破傳統的思維方式,并將獨特的思維與想象的結合在一起,從不同的角度認識和探索事物.

圖3

例4.如圖3所示,可自由移動的金屬棒PQ、MN水平放置在兩條光滑軌道上,MN的左邊有一閉合電路,現給金屬棒PQ施加一個外力使其運動,這時MN向右運動,則PQ可能做的運動是

(A) 向右加速運動. (B) 向左加速運動.

(C) 向右減速運動. (D) 向左減速運動.

程序法(正向推理法)：

圖4

逆向推理法.

圖5

分析目的:在解題中結合自己的巧思秒解,既可以擺脫學生思維定式的障礙,又可以拓寬思維能力;通過不同方法的新穎組合,使學生更深層次的體會物理的奧妙以及感受物理學之美,有助于學生創造性思維的培養．

3 結束語

習題是目前考察學生對某一學科掌握情況的主要途徑,透過習題可以發覺學生思考物理問題時存在的思維障礙．教師結合有效的習題教學且在消除思維障礙的基礎上,深入探討了使學生思維品質更上一層樓的有效措施．以上通過細心研題、增設STS習題、轉抽象為具體、巧思妙解等策略既將物理學中零散的物理知識拼湊成生機勃勃的物理現象,又為習題中存在思維障礙的學生提供了有效的解題方法,并在訓練學生的思維品質的基礎上提升了科學素養．