探究鏈式問題提升思維品質

徐小林

(吳江盛澤中學 江蘇 蘇州 215228)

在高中物理教學中，通過精心創設一組前后密切關聯、環環相扣的鏈式問題，激發、引導學生主動思考和積極探究，促使學生既能追根究源、明辨是非，又能舉一反三、獨辟蹊徑，突出磨練探究能力、優化思維品質，從而能夠有效培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究等方面的學科核心素養．

1 讓學生在探究中勤于追根究源培養思維的深刻性

為能培養學生思維的深刻性，無論理解物理知識還是分析解決物理問題，總要激發學生運用正確的物理觀念，將科學思維和科學探究緊密結合，既主動質疑又深刻析疑，追根究源直至認清、揭示規律本質．

現以高三復習課上一道力學題的討論為例．

【原題】如圖1所示，豎直平面內長為l的細直桿AB，A端緊靠在豎直墻面上，B端沿水平地面以速度vB向右勻速運動．從AB桿與豎直墻面夾角為30°時開始，到夾角為60°時結束，求此過程中直桿中點P經過的路程．

圖1 原題圖

問題1:P點究竟在做一段什么運動？判斷的根據是什么？

圖2 建立直角坐標系

圖3 P點運動圓弧

求路程的關鍵先得明確運動軌跡特征，只有思維達到一定深度，數理結合推導出P點的軌跡方程，才能有根有據作出正確判斷．

2 讓學生在探究中善于舉一反三培養思維的靈活性

物理問題及其處理方法千變萬化，為能不斷優化學生思維的靈活性，著力引導學生活學活用知識與方法，善于觸類旁通、舉一反三，訓練、提升學習的靈活遷移能力．

問題2:“原題”動桿上P點之外的其他動點，在做什么運動？

學生把“變式教學1”中的思想觀念、思維方法、探究方式遷移過來，很快有了新發現．設P點之外某個動點H的坐標為(x，y)，桿與水平方向夾角α在0～90°之間，AH長為l1，H點坐標方程為

x=l1cosαy=(l-l1)sinα

其軌跡方程為

對于船舶數據缺失問題，目前相對簡單有效的一種解決方法是基于聚類分析的最近鄰填補算法，將馬氏距離與灰色分析法相結合計算K個近鄰，從而提高數值填補的準確性，減少記錄屬性的限制，擴大應用范圍。對于船舶數據冗余問題，目前普遍采用的相似重復記錄檢測方法大多基于對數據庫中的記錄進行排序的思想，主要有生成關鍵字對記錄進行排序、N-Gram方法和優先權對列算法等。為滿足后續應用對原始數據的需求，數據預處理過程不對原始數據進行完全覆蓋，而是在經數據預處理得到完整性和有效性較高的數據之后對原始數據進行選擇性覆蓋，應用服務器將根據需求從分布式數據庫中進行針對性的提取。船舶“臟數據”預處理過程見圖3。

因為l1≠l-l1，所以動桿上其他動點的運動軌跡為橢圓．

問題3:桿上做橢圓運動的動點包括A和B端點嗎？原題“此過程中”A端的速度變化可求出嗎？

改變問題研究的對象和方向，促使學生正確遷移和運用“關聯速度”的規律．顯然兩端點在做直線運動，當直桿與水平方向夾角為α時，將兩端點的實際速度正交分解，如圖4所示．直動桿上各動點速度在沿直桿方向的分速度時刻相同，即

圖4 A和B速度分解圖

vBcosα=vAsinα

故

(1)

毋容置疑，變式訓練是提升學生思維靈活性和應變能力的有效途徑．

3 讓學生在探究中敢于明辨是非培養思維的批判性

設計新的問題情境引發討論，促使學生去明辨是非、據理力爭，并能敏銳地發現錯誤、深刻地剖析錯因，做到不犯舊錯、少犯新錯、自覺糾錯，培養良好的思維批判性．

問題4:B端保持向右勻速運動，能直至A端沿豎直墻面落地嗎？

討論確認：根據兩端點速度關系式(1)，因為vB不變,α變小時vA變大，A端落地時α→0，vA→∞，這不可能實際發生．或者假設A端以某一速度沿豎直墻面落地時，B端向右速度必為零而不是勻速運動．

問題5:B端保持向右勻速運動，能直至桿中點P做圓周運動落地嗎？

圖5 P點速度圖示

學生運用批判性思維實行理論探究，能夠按照某個運動自身的規律和邏輯進行推演，證明此運動本身的所有特點是否存在自相矛盾或明顯錯誤，從而明快地推斷出該運動過程能不能真實發生．

4 讓學生在探究中樂于剝繭抽絲培養思維的邏輯性

物理教學中要始終重視培養學生思維的邏輯性．倡導物理解題要執行“明確研究對象，分析相關狀態、認清階段過程，挖掘隱含條件，選用物理規律，健全重要聯系”即“對象、狀態、過程、條件、規律、聯系”這“12字解題要領”，剝繭抽絲、環環入扣，體現了縝密的思維邏輯性．

問題6:如圖6所示，在豎直平面內，長為l的輕質直桿AB，兩端各連有一只質量為m的質點球，A球靠在豎直光滑墻面上．從桿豎直的靜止狀態開始，B球沿光滑水平面運動，A球滑到何處會與墻面分離？

圖6 原題變式

運用“12字解題要領”，進行縝密的分析、推斷，訓練思維的邏輯性．設動桿與水平方向夾角為α時，兩球速度分別為vA和vB，沿桿方向分速度總相同

vBcosα=vAsinα

系統機械能守恒

解得

可見當α從90°減小到零時，vA一直增大，而初、末狀態vB都為零，猜想中間某狀態有最大值．

剖析一個較為抽象而復雜的物理過程，只有依靠嚴密的邏輯性思維，才能挖掘出隱含又特殊的臨界狀態，進而找到物理過程發展變化的轉折點和破解問題的突破口．

5 讓學生在探究中勇于獨辟蹊徑培養思維的獨創性

為突出培養學生思維的獨創性，可設計出有廣闊想象空間的原創題，抓住有利時機激發學生創新思維；在注重培養合作精神的同時，激勵學生獨辟蹊徑、標新立異地分析解決物理問題．

問題7:需要創設什么條件，直動桿中點P才能做完整的圓周運動？

經課后合作探究，創設出一個別開生面的方案：如圖7所示，在同一豎直平面內，光滑的水平管道與豎直管道十字交叉且相通，長為l的輕質直桿AB兩端各連有質量為m的質點球，A球在豎直管道內，B球在水平管道內，管道內徑稍大于兩球直徑，且管道側面有狹縫讓輕質細直桿AB上下、左右無摩擦滑動．首先，從輕桿AB豎直、靜止開始，A球從最高處下滑，B球從交叉口O右側附近沿水平管道向右運動；同時P點在圖7右上方區域內，沿順時針方向完成四分之一圓周運動．接著，A球沖過交叉口O繼續下滑，B球從最右側水平向左靠近O點運動；同時P點在圖7右下方區域內，又沿順時針方向完成四分之一圓周運動．后來，B球沖過交叉口O繼續水平向左運動，A球從最低點向上靠近O點運動；A球沖過交叉口O繼續上滑，B球從最左側水平向右靠近O點運動．這樣P點沿順時針方向完成了一個完整的、且能周而復始的圓周運動．

圖7 P點完整圓周運動方案圖

靈活運用已有知識、方法和經驗，發揮和融合思維的多種優秀品質，敢于異想天開、勇于別出心裁、善于從無到有，唯有大膽獨創，才能把“不可能”創變為“真能行”．

綜上，精心設計鏈式問題組織物理課堂教學，既突出優化了學生思維的深刻性、靈活性、邏輯性、批判性和獨創性等思維品質，又能著力培養和促成學生的物理觀念、科學思維、科學探究等方面的學科核心素養．