淺談利用簡單問題解決策略，培養學生的科學思維

經本合 李春梅

(1.重慶市巴南區教師進修學校 重慶 401320；2.重慶市實驗中學校 重慶 401320)

問題解決屬于一種思維活動。問題解決過程是被問題情境命題激活，在解題策略指導下，運用推理規則對與問題有關的原有知識進行改組和重建的過程[1]。物理問題解決是物理概念以及物理規律的延伸與拓展。問題解決的過程實際也是習得知識與技能的過程。物理問題解決策略比較重視解決問題的思路與方法，引導學生正確地分析與判斷問題，自主探究問題[2]。

科學思維是物理核心素養的構成要素之一。科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式；是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法的內化；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判、檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品質。

作為學生學習的引導者，教師在實際教學實踐中要善于培養學生科學的思維方法，指導學生在解答習題的過程中，善于運用簡單的問題解決策略，讓學生習得問題解決的捷徑，避免大搞題海戰術，從而達到事半功倍的效果。

一、用簡單的問題解決策略求電源電壓

先看一個公式的推導：

假設在定值電阻R上加不同電壓，則

U1=I1R；U2=I2R

則U2-U1= I2R-I1R

即定值電阻的阻值等于變化的電壓與變化的電流之比。

例1：如圖1，R1為定值電阻，R2為滑動變阻器，電源電壓不變。閉合開關S后，滑片P從a端移動到b端，電流表示數I與電壓表示數U的變化關系如圖2所示，則電源電壓為_______V，滑動變阻器R2的最大阻值為______Ω，電阻R1的阻值為_______Ω。

常規策略：當滑片P滑至a端時，電流I1=0.6A，電源電壓

U=I1R1①

當滑片P滑至b端時，電流I2=0.2A，R2的電壓U2=2V，R2的最大阻值

根據串聯特點有

U=I2R1+U2②

解得R1=5Ω，U=3V

簡單解題策略：由題意可知，R1、R2串聯的總電壓恒定，則R1、R2兩端電壓變化量的絕對值相等。利用上面的推導式可算出R1的阻值為

電源電壓 U=I1R1=0.6A×5Ω=3V

可以看出，簡單的問題解決策略使得解決這樣的填空題或選擇題更加快捷。

二、用簡單的問題解決策略求功率的變化量

例2：如果通過某定值電阻的電流從1A升高到2A，加在該電阻兩端的電壓變化了5V，則該電阻消耗的電功率變化了_____W。

常規策略：由題意可知，該電阻兩端的電壓增大了5V，設定值電阻的阻值為R，原來電壓為U，變化后的電壓為U′=U+5V。則

原來通過R的電流

電壓升高后的電流

解得R1=5Ω，U=5V

U′=U+5V=10V

所以該電阻消耗的電功率變化量

ΔP=P′-P=U′I′-UI=15W

電功率變化量 ΔP=I′2R-I′2R=22×5W-12×5W=15W

由此看出，用簡單的解題策略，兩步即可得出答案，不需要再列方程組。

在這里特別提醒，變化的功率ΔP≠ΔUΔI

若ΔP=ΔUΔI，則ΔP=(U2-U1)(I2-I1)=U2I2+U1I1-U2I1-U1I2實際上ΔP=P2-P1=U2I2-U1I1

所以，上面兩式不相等。計算變化的功率時，只能用

三、用簡單的問題解決策略求壓強的變化量

當物體浸在液體中時，物體受到液體對它向上的浮力，由于物體間力的作用是相互的，所以物體對液體有向下的壓力。因此變化的壓力就等于變化的浮力即ΔF=ΔF浮。

例3：如圖3，水平地面上有底面積為300cm2、不計質量的薄壁盛水柱形容器A，內有質量為400g、邊長為10cm、質量分布均勻的正方體物塊B，通過一根長10cm的細線與容器底部相連，此時水面距容器底30cm。（1）物體浸沒在水中時受到的浮力為多少？（2）若剪斷繩子，待物塊靜止后水對容器底的壓強變化了多少？

解：（1）物體浸沒時受到浮力為F1浮=ρ水gV1排=1.0×103×10×0.001m3=10N

（2）常規策略：剪斷繩子木塊漂浮 F2浮=G=mg=0.4kg×10 N/kg=4N

則液面下降的高度

Δp=ρ水gΔh=1.0×103×10×0.02Pa=200Pa

總而言之，好的“問題解決”策略是以學生為中心的教學模式，能激發學生的學習興趣和主觀能動性[3]。是人們長期問題解決經驗的總結，它對于解決特定問題很有效，能幫助學生熟練掌握并靈活運用物理知識，構建與知識相關的物理模型，習得更簡單的解題技能和解題方法。教師要經常教給學生一些簡單的問題解決策略，并引導學生自行總結出簡單的問題解決策略，培養科學思維，提高分析問題、解決問題的能力，最終實現物理學科核心素養的培養。