由一道高考物理試題品味思維品質

包慧軍

1 問題緣起

2014·浙江卷23題：如圖1所示，裝甲車在水平地面上以速度v0=20 m/s沿直線前進，車上機槍的槍管水平，距地面高為h=1.8 m.在車正前方豎直立一塊高為兩米的長方形靶，其底邊與地面接觸.槍口與靶距離為L時，機槍手正對靶射出第一發子彈，子彈相對于槍口的初速度為v=800 m/s.在子彈射出的同時，裝甲車開始做勻減速運動，行進s=90 m后停下.裝甲車停下后，機槍手以相同方式射出第二發子彈.（不計空氣阻力，子彈看成質點，重力加速度g取10 m/s2）

（1）求裝甲車勻減速運動時的加速度大小；

（2）當L=410 m時，求第一發子彈的彈孔離地的高度，并計算靶上兩個彈孔之間的距離；

（3）若靶上只有一個彈孔，求L的范圍.

前兩小題沒有太大難度，屬于常規問題，第三小題頗有亮點.命題者顯然希望考生思考形成現象的原因，考查考生的邏輯推理能力和良好的思維品質.一部分同學的想法是：若靶上只有一個彈孔，求L的范圍.對于經常看各種槍戰電視劇的男同學而言毫無難度，那就說明兩顆子彈射進同一個孔了，它們在豎直方向位移相等， 也就是說明它們在空中運動的時間相 等，利用水平方向位移的關系很快解得L=3690 m，雖然這部分同學覺得這個值大了點，但也沒多想，或許對這個“L的范圍”略有疑惑.另一部分同學的想法是：一個彈孔意味著有顆子彈沒有打中靶，掉在地上了.這部分同學雖然想到兩顆子彈只有一顆入孔，但就是算不出L.原來他們沒有考慮到時間相等，直接利用豎直方向自由落體和水平方向位移列方程，于是陷入了復雜的計算而找不到出路，最終以失敗告終.

對于第一類同學的解法，初看似乎沒有大問題，只是思維的廣度和深度不夠，缺乏物理思維的縝密性.他們只知其一不知其二，認為只要保證兩顆子彈能進入同一個孔，單純考慮水平位移的關系就可以了，從而疏忽了豎直方向時間的限制性條件.根據豎直高度，子彈是飛不了這么遠的.所以，這種解法是片面的，根本上說是錯誤的.對于第二類同學的解法，思路應該是對的，但由于缺乏思維的敏捷性和靈活性，在面對“一彈入孔”的臨界問題時不知所措，游離在一個模糊的“中間狀態”而無法自拔，因此對此類變化的問題不會當機立斷，更難以隨機應變.總體來說，兩類同學的錯誤均源于欠缺良好的物理思維品質，平時不注重物理思維的訓練，只停留于做題而缺乏思考.高考物理試題有它本身設計的考查意圖，考試本身的評價作用更重要的是體現在考查學生的思維品質上，本身這也是一種能力，是學生能夠分析和解決問題的基礎和保障.所以，如何培養學生物理學習的思維品質，是提高物理課堂教學效率的“最佳發力點”.

2 問題討論

思維是對客觀事物概括的間接的反映，它反映的是事物的本質屬性和事物之間的規律性的聯系.人類思維的發生和發展，就其總體而言，是有一定規律的.但一個人思維能力的發展是有其個性的差異，這種差異體現為思維活動中的智力特征，這就是思維品質.思維品質主要包括思維的廣闊性、思維的批判性、思維的深刻性、思維的靈活性、思維的敏捷性五個方面.首都大學喬際平教授在《物理學習心理學》中談到：“某一學生在物理學科上學習的效能主要依賴于物理思維品質的發展程度.高中物理知識的高度抽象化和高中生思維能力的不穩定性需要我們去研究如何提高高中學生的物理思維品質.”

2.1 變式拓展，培養思維的廣闊性

思維的廣闊性：是指能全面細致地考慮問題.具有廣闊思維的人，不僅要考慮問題的整體，還要考慮問題的細節；不但考慮問題的本質，而且考慮和問題有關的其他條件.思維的廣闊性是以豐富的知識為依據的.只有具備大量的知識，才能從事物的不同方面和不同特征去分析和解決問題，才能避免片面性和狹隘性.例如圖象教學，我們不但要教會學生知道橫坐標和縱坐標的物理意義，知道圖象所反映的物理量之間的關系，還要教會學生知道截距、斜率、交點、面積等代表的物理意義，只有對圖象有比較全面的理解和掌握，才能用圖象法精準無誤地解決物理問題，提升思維的廣度和深度.再如在習題教學中，提倡一題多解、一題多變、一題多問，重視開放性試題的多維度訓練，培養學生發散式思維和聚合式思維，提升思維的廣闊性.

2.2 對比引領，培養思維的批判性

思維的批判性，是指能使自己的思維受到已知客觀事物的充分檢驗，同時能勇于提出自己的見解，敢于批評錯誤結論，是創造思維的一種屬性.具體到物理學科來說，要求學生對所學的物理知識、物理概念和規律有自己的理解和把握.物理思維的批判性主要表現在以下幾個方面：①善于發現問題，提出質疑，發表見解.②能區分表面上相似但本質上不同的物理概念規律，能從給定的物理情景中排除與問題無關的多余的條件或因素，抓住與問題有關的條件或因素.③能夠較好地排除物理前概念所造成的影響.④在學習過程中， 要進行及時的反饋和有效的矯正，追求學習效益的最優化.為此，我們在教學中應加強知識的橫向對比，力爭呈現給學生較為完整的知識結構網絡，提升學生區分相似概念和規律的能力，提高思維的批判性.例如在教學《電勢能和電勢》時，如果照搬照抄教材，學生必然聽得云里霧里，本節內容太抽象，思維要求高，可以采用類比重力勢能進行教學，適當降低思維的起點，化抽象為具體，變陌生為熟悉，促被動為主動，提高學生分析問題的能力.再如教學《帶電粒子在電場中的運動》時，可以與平拋運動進行對比，抓住分析此類運動的關鍵思路：化曲為直.某一方向做勻速直線運動，與其垂直的方向上做勻加速直線運動，整合解決平拋運動的特征方程，深刻理解解題思路，加強橫向對比，必定能夠加深學生對物理概念和規律的理解，提高學生的學習效率和思維的品質.

2.3 刨根問底，培養思維的深刻性

思維的深刻性，是指能深入到事物的本質里面去考慮問題.在理解物理概念和揭示物理規律實質時，要求人們既看到事物的現象，又看到事物的本質；既看到事物發展的內因，又看到事物發展的條件；既要知道事物的過程，還要知道事物的結果，這是辯證唯物主義整體的、全面的、綜合的觀點在思維過程中的具體表現，只有這樣對事物才會有明確的認識，全面的了解，才能采取相應針對性方法去研究它、掌握它和利用它.例如在教學《楞次定律》時，先進行規律的教學，教會學生如何使用楞次定律來判斷感應電流的方向.然后，在熟練掌握判斷方法的基礎上進一步深入挖掘，楞次定律不僅僅是一條操作性很強的定律，更是能量守恒定律在電磁感應現象中的具體體現.帶著追根溯源的精神一步步深入學習楞次定律，利用能量觀點解決物理問題，大大提高了解題的效率，提高了思維的深刻性.再如在教學《運動電荷在磁場中的運動》時，要教會學生理解洛倫茲力方向始終垂直速度方向，提供電荷做勻速圓周運動的向心力，它只改變線速度的方向，而不改變線速度的大小.至于運動方程、運動時間等便迎刃而解.如果再深挖一步，知道洛倫茲力不做功，這才是決定運動性質的關鍵.從力學觀點深入到能量觀點，進一步加深了對洛倫茲力的理解，提高了解決此類問題的能力.

2.4 設陷嘗誤，培養思維的靈活性

思維的靈活性，是指一個人的思維能根據客觀情況的變化而變化.也就是說能夠根據所發現的新事實，及時修改自己原來的想法，是思維從定勢和教條中解放出來.所以在平時教學中，多設置解題的“陷阱”，這不是刁難，是對知識能否隨機應變的檢驗.讓學生嘗試錯誤，從錯誤中不斷提升思維的靈活性，提高解決問題的能力.學習物理必須掌握大量的物理概念和規律，如何評價掌握的牢固程度，練習和運用便是最好的檢驗方法.比如教學《加速度》時，概念的理解便是一個重點和難點，學生很難理解“變化快慢”的意義，對“變化快慢”一知半解，甚至囫圇吞棗.對此，我們可以設置盡可能多易混淆的選項讓學生去辨析，暴露學生錯誤，逐個突破，不斷彌補理解的漏洞，鞏固和完善學習的成果，提升思維的靈活性.再如教學《牛頓第二定律》時，要教會學生知道這是非常重要的定律，是聯系運動學和力學的橋梁，是動力學問題的基礎.如何教會學生靈活運用牛頓第二定律來解決問題呢？我們可以創設各種物理情景給學生訓練，比如從一個力到多個力，從加速到減速，從一個物體到多個物體，從平面到斜面，從斜面到豎直面等等，同時可以適當設置知識性陷阱，不要隨意設置心理性陷阱，適當地讓學生多繞幾個彎，也不失為一種很好的教學方法.學生經歷了多次錯誤和反思后，物理現象的實質便逐漸顯現，恰似“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”.

2.5 整合提煉，培養思維的敏捷性

思維的敏捷性，是指能夠在很快時間內提出解決問題的正確意見，能夠當機立斷，不徘徊，不猶豫.思維的敏捷性是所有思維品質高度發展的集中表現.訓練思維的敏捷性， 牢固的基礎知識、正確的解題方法是關鍵，整合提煉各種解題方法是途徑.我們在教學時，應主動創設各種問題情景，讓學生嘗試應用多種方法去解題，引導學生整合歸納各種物理解題方法，比如：等效法、極值法、守恒法、對稱法、補償法等等，同時在通過大量定時訓練的基礎上，整合各種題型，主動構建完整的知識結構.只要腦中有結構，物理方法自然能夠隨叫隨到.再如在完成一章的課堂教學后，可以安排一次限時訓練，讓學生在規定時間內完成要求的題目，訓練解題速度.同時，教師應及時反饋，評價解題質量，提升訓練的效果，提高準確迅速解題的能力，提升思維的敏捷性.

學生良好思維品質的培養是一個長期而艱巨的過程，需要師生通力合作，教學相長，相輔相成.教師通過創設各種物理情景，引導學生去分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、具體化與系統化等，不斷進行思維過程的訓練，有效地培養學生的各種思維品質，提高分析問題、解決問題和探索創新的能力.只要目的明確，針對性強，循序漸進，思維品質的培養，必見成效，最終使物理教學從“有效”走向“高效”.