高中物理习题教学中学生思维品质的培养

贺向向 李卫东 刘艳峰

(延安大学物理与电子信息学院,陕西 延安 716000)

物理学源于自然,透过物理可以更好地融入自然并探索自然中存在的奥秘.在物理教学中,教师应加强培养学生探索自然的科学精神,并塑造学生的科学思维品质,进而提升科学素养.笔者通过近几年的教学实践,发现物理习题在培养学生基础知识与技能的同时,也在间接地培养学生的科学思维品质.在此,笔者基于学生思维障碍的成因,以习题教学为例深入探讨了培养学生思维品质的措施,为我国新课改目标顺利达成打下基础.

1 学科思维障碍剖析

物理学一直被赋予了“抽象学科”的称号,由于大多数生活中的物理现象太过朦胧,比如:力、声音、电场、磁场等.我们无法具体描述它们的形状、大小,因此学生在做题时出现思维障碍是难免的.通过对学生平时课堂练习、课后作业、以及检测试卷中的分析,发现学生在对知识的理解与应用、对习题的解读和答题时的思维方式等方面存在一定的障碍.[1]表1是笔者对思维障碍类型及归因的分析.

表1 “物理思维障碍”类型与归因分析

续表

2 塑造学生科学思维品质的途径

2.1 细心研题,使物理现象数学化,加强思维严谨性的训练

思维的严谨性是指思考问题一丝不苟、有理有据、逻辑思维周密.[2]审题时思维要敏感,首先得注意题中给出的直观条件,并联想相关物理知识;其次当题意比较复杂时,通过分析语句深入挖掘隐藏信息,再将题中已知的条件与所学物理概念或知识对号入座.如此将有利于避免物理前概念对学生思维的影响以及学生对知识的混淆,更是加强了思维严谨性的训练,可谓是一箭双雕.

图1

例1.如图1所示,一个下极板接的平行板电容器,且与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接,电容器中的P点有一带电油滴且恰好处于静止状态.现将平行板电容器的上极板竖直向上移动d1的距离,则

(A) 带电油滴将沿竖直方向向上运动.

(B)P点的电势将降低.

(C) 带电油滴的电势能将增加.

(D) 极板带电荷量和电容器的电容均减小.

分析目的:学生可以既快又准地挖掘出题中隐含的信息,同时将其转化为所学的物理符号或公式,在读题中训练学生严谨、周密、有序的思维品质;在对信息的转换中,有效地帮助学生回顾物理概念与知识,以及检测他们对知识的熟练程度.可见细心审题以及学会转化物理信息更好地为知识若隐若现的思维障碍提供了行之有效的思维方法.

2.2 增设STS习题,加强迁移性思维的训练

迁移思维是指人脑根据已获取的知识、技能和方法来促进新的知识、技能和方法的获取的思维能力.教学中的迁移思维是指学生通过所学已有知识对新知识的促进与干扰,迁移性思维是进行终生教育的主要手段之一.[3]近几年在新课标的推动下,我国教育更注重学生各方面综合素质能力的提升,在习题中增设一些贴近生活的新现象、新科技,以给予信息材料的方式呈现新知识,进而通过考察学生对新现象、新问题的分析解决能力的途径来突破思维定式.

图2 电子天平结构

例2.某电子天平结构如图2，整个装置由E形磁铁组装而成,磁极宽均为L,且中心是S极,两侧是N极且之间的磁感应强度大小均为B(忽略边缘效应).电子天平工作原理:一正方形线圈骨架与秤盘组合为一个整体,且套于中心磁极上,线圈两端C、D与外电路连接.当质量为m的重物放在秤盘上时,秤盘和线圈一起随着弹簧的压缩向下运动,但保持骨架与磁极不接触,随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到起始状态保持静止,由此通过对应的电流I就可以确定重物的质量.已知线圈的电阻为R,匝数为n,重力加速度为g.问:

(1) 供电电流I是从C端还是从D端流入?求重物质量与电流的关系.

(2) 设线圈中消耗的功率最大为P,那么该电子天平最多能称量多重的物体?

解析: (1) 外加电流从D端流入.

设线圈受到的安培力为FA,

由FA=mg和FA=2nBIL，得

(2) 设称量物体的最大质量为m0.

分析目的:以上类型的题千姿百态,而所有题的出现方式都与本题类似.以本题为例分析:题中详细介绍了电子天平的原理并给出了结构图,看似陌生但却将无形的物理知识应用到有形的物体中,通过新旧知识的同化、顺应有效地解决了电磁感应问题,达到知识正迁移的效果.可见STS习题中配有许多物理科学研究中的新成果、新技术、新信息,增设STS习题既有助于将抽象的物理学融入生活,又可以使学生透过习题了解当代科技的迅猛发展以及社会的进步与物理这一学科的密切联系,有效地训练学生迁移思维.

2.3 转抽象为具体,加强思维的深刻性的训练

思维的深刻性是指思维活动的广度、深度和难度.它表现为智力活动中深度思考问题,善于透过现象抓住事物的本质和规律.[4]自组织理论认为要表现思维的深刻性,必须使大脑的认知状态从平衡态过渡到非平衡态,这样才能是学生的思维在原来认知结构的平衡态下,通过外来事物的刺激而被同化或顺应,从而变革为新的平衡态.转抽象为具体可更好地将生活现象与问题联系在一起,从而削弱思维定式的错误性以及消除知识的负迁移现象,促进学生深刻性思维品质的发展.

例3.在某学校门口有一减速带,有一辆警车正以20m/s的最大速度从学校门口驶过追赶逃犯,当警车距离前方减速带50m时,发现逃犯正骑电动车并以10m/s的速度匀速通过减速带,而警车需匀减速到5m/s后再立即以2.5m/s2的加速度继续追赶.(在整个过程中警车与逃犯均在水平直道上运动)求从警察发现逃犯到追到逃犯需要的时间.

思路点拨:已知警车与人相距50m，

vmax=20m/s,v人=10m/s.

2a1s1=vmax2-v末2.

x车=s1+s2+vmax(t-t1-t2)，x人=v人t，

追上条件x车+50=x人，得t=12.5s.

分析目的:本题过程比较复杂,学生在读题时需要有针对性地圈出主要的运动过程,然后及时与研究对象对号入座,防止遗忘或漏掉其中所提供的信息,并采用物理现象数学化的方法做答.利用上述解题方法可将复杂的运动过程进行有序的整理,并将抽象的相遇追及问题转化为具体的物理生活现象,透过生活现象挖掘问题的本质,使思维活动从旧的平衡态变革到新的平衡态,加强思维的深刻性训练.

2.4 巧思妙解,加强思维独创性训练

思维的独创性是指在学生在学习知识时善于探寻新的方法,在遇到问题时善于寻找新颖的层次或交接点.[5]主要体现在敢于打破传统的思维方式,并将独特的思维与想象的结合在一起,从不同的角度认识和探索事物.

图3

例4.如图3所示,可自由移动的金属棒PQ、MN水平放置在两条光滑轨道上,MN的左边有一闭合电路,现给金属棒PQ施加一个外力使其运动,这时MN向右运动,则PQ可能做的运动是

(A) 向右加速运动. (B) 向左加速运动.

(C) 向右减速运动. (D) 向左减速运动.

程序法(正向推理法)：

图4

逆向推理法.

图5

分析目的:在解题中结合自己的巧思秒解,既可以摆脱学生思维定式的障碍,又可以拓宽思维能力;通过不同方法的新颖组合,使学生更深层次的体会物理的奥妙以及感受物理学之美,有助于学生创造性思维的培养．

3 结束语

习题是目前考察学生对某一学科掌握情况的主要途径,透过习题可以发觉学生思考物理问题时存在的思维障碍．教师结合有效的习题教学且在消除思维障碍的基础上,深入探讨了使学生思维品质更上一层楼的有效措施．以上通过细心研题、增设STS习题、转抽象为具体、巧思妙解等策略既将物理学中零散的物理知识拼凑成生机勃勃的物理现象,又为习题中存在思维障碍的学生提供了有效的解题方法,并在训练学生的思维品质的基础上提升了科学素养．