從一道題目的不同解答，剖析學生的物理思維模式

物理問題解決的行動模式包含有重要認知成分和一系列操作的心理活動。它要借助一定的思維模式才能進行。所謂思維模式是指一種依時間順序排列的有順序性、結構性、策略性和規律性的連續系統，它是思維方法和思維內容的統一，思維規律和思維方法的統一。一個物理問題解決得正確與否，完滿與否，在已有足夠陳述性知識的前提下，則主要取決于解題過程的思維模式。

2013年廈門市3月份質檢第20題是一道考查學生對物理認知能力鑒別的好題。題目如下：每年農歷正月初一晚上，廈門與金門兩地同時燃放禮花，成為兩地民眾共同慶祝新春佳節的活動。如圖，在空曠的水平地面上燃放禮花，使禮花豎直向上發射，當它上升到最大高度h處恰好瞬間爆炸，爆炸產生許多個“小火球”，假設這些“小火球”同 時以相同初速度大小v，向各個方向運動。（設禮花上升和“小火球”運動過程，均只考慮重力作用，重力加速度為g）求：

（1）禮花在地面豎直向上發射的

初速度v0；

（2）“小火球”的碎片落地點和

燃放點間最大水平距離L。

原題第（2）問的評分標準如下：

w

筆者認為此題解答有誤。我們姑且把這一種情形叫作第一種情形，面對一個物理問題，解答者總是在他們已有和能夠達到的認知狀態中，猜測或搜索出一些概念、規律和方法，嘗試在問題的目標和條件之間尋找聯系。一旦確定某一或某些概念、規律和方法可能建立起這種聯系時，便將其應用于求解這個給定的問題，從而得到一個結果。

第一種情形，學生認為物體在一定高度沿水平方向拋出時，物體水平方向的速度最大，所以，物體水平位移也最大，拋得最遠。而沒有考慮到物體在空中的運動時間，也會影響其水平位移，水平方向的分運動是勻速直線運動，水平位移是由水平速度和運動時間的乘積決定的。物理學的研究對象是自然界中的客觀物體及其運動規律，學生天天置身于千變萬化的物理世界中，會自然地獲得有關物理方面的感性認識，形成一定的生活觀念和經驗，這是學生學習物理知識的前提條件。先入的生活觀念有的基本正確，對學習有積極的促進作用，也有的觀念是錯誤的，對物理概念的形成、物理規律的正確理解和運用，將起一定的消極作用，造成一定的學習障礙。主要表現有兩點：一是妨礙概念理解的全面性、完整性，造成對概念的片面理解；二是阻斷知識間的內在聯系，造成知識與應用脫節。潛意識認為高度不變其運動時間也不變。只有運動時間不變時，才能用控制變量法。學生的認知思維比較淺顯和單一。

第二種情形，認為物體做平拋運動或做斜拋運動時水平位移都有可能最大，如圖所示，如果落地點在B點以下，則做平拋運動的物體水平位移最大。若落地點在B點以上，那么，做斜拋運動的物體位移最大。思維可分為抽象思維、形象思維、直覺思維等形式。抽象思維又稱邏輯思維，是用抽象的概念和理論知識來解決問題的思維形式；形象思維是人利用已有的直觀形象去解決問題時的思維過程；直覺思維是一種過程和結果具有直接性的特殊思維形式，它單憑直觀印象就能作出判斷，是不經邏輯推理，下意識獲得的對事物的直接覺察。直覺思維是一種非理性的思維。此種情形貌似分析合理，其實不然，因為拋射角θ不是定值。直接從問題給出解答，而缺少中間的邏輯思維過程。這種現象也是直覺思維的一種表現。可見，在物理問題解決活動中，抽象思維、形象思維、直覺思維實際上都需要參與，只不過在不同的具體問題中表現的強弱有所不同而已。

第三種情形，如圖所示，假設物體以初速度V0以拋射角θ做斜拋運動，根據三角形定則，斜拋運動可看成是初速度AB方向的勻速直線運動和豎直BD方向上的自由落體運動的合成，直接從位移的合成和分解入手，假設從拋出到落地所用時間為t，水平位移為x，則

當h=0時，cosθ= ，θ=45°

當h→∞時，cosθ=1，θ=0°只有接近無限高時，平拋運動才最遠。說明拋射角隨著高度的變化而變化，0°≤θ≤45°。

分解是在思考時把事物分解為各個部分或各個屬性，它主要著眼于研究事物的部分、局部、細節或階段，而合成是在思考中把研究對象所有的各個部分和各個屬性綜合為一個整體。它主要著眼于研究事物的整體、全局和全過程。有分則有合，有合則有分；分與合的觀點以及由它產生的思維方式無不貫穿在高中物理教材的各個章節之中。

第四種情形，學生沒有用位移的合成與分解而是利用速度的合成和分解這種發散思維的方式，假設做斜拋運動的物體初速度方向和末速度方向的夾角為α，利用的運動時間為t，則此時間內速度的變化量為gt，如圖所示AC表示末速度，BC表示速度的變化量，AB表示初速度。

過A點做BC的垂線AD，則AD表示水平方向的速度Vx，

由三角形的面積公式可得：

發散思維必須對問題的共性有一個全方位、多層次的把握，聯系越多，發散也就越廣，可以做到一題多解，一題多串、舉一反三觸類旁通。而收斂思維必須對問題的個性有徹底的認識，分辨得越多，收斂得也就越準確，可以做到多題一解、一題多變。人的認知遵循一定的認識規律，要研究學生物理學習中的思維是怎樣產生的這個問題，應該把學生這個學習的主體和學習的內容結合起來，了解二者之間的相互制約關系。一是學生學習物理受自身的心理認識水平和生活經驗的制約；二是還受學習內容的概括性、抽象性程度的制約。物理知識由物理概念、物理規律、物理實驗和物理研究思想方法等組成，是人們解決物理問題的基礎。高中階段的物理知識具有高度的概括性和抽象性，學生學習時只有真正把握知識的內涵、聯系及其區別，在運用物理知識進行物理思維時，才能水到渠成。

（作者單位：福建省廈門雙十中學

福建省廈門雙十中學漳州分校）