高中物理解題教學須重視學生的直觀建構——以一道高考題為例

江蘇省海安縣南莫中學(226681) 劉 祥 ●

一、學生物理解題過程中直觀認識簡述

學生在物理問題面前，必定先面臨著一個感知題目的過程，這個過程中學生的思維十分復雜，他們要根據題目所給出的信息進行物理模型尤其是解題模型的構建，他們要選擇適當的物理工具(在學生的眼里就是物理公式，其實還包括了物理公式所使用的情境)來進行解題，而這是一個相當復雜的過程.如果沒有一個良好的解題直觀作為認識的基礎，學生不可能順利地完成問題的解答.

比如說2013年全國新課標I卷中有這樣的一道題目:2012年11月，“殲15”艦載機在“遼寧號”航空母艦上著艦成功.圖甲為利用阻攔系統讓艦載機在飛行甲板上快速停止的原理示意圖.飛機著艦并成功鉤住阻攔索后，飛機的動力系統立即關閉，阻攔系統通過阻攔索對飛機施加一作用力，使飛機在甲板上短距離滑行后停止.某次降落，以飛機著艦為計時零點，飛機在t=0.4s時恰好鉤住阻攔索中間位置，其著艦到停止的速度-時間圖線如圖乙所示.假如無阻攔索，飛機從著艦到停止需要的滑行距離約為1000m.已知航母始終靜止，重力加速度的大小為g.則( ).

A.從著艦到停止，飛機在甲板上滑行的距離約為無阻攔索時的1/10;

B.在0.4-2.5 s時間內，阻攔索的張力幾乎不隨時間變化;

C.在滑行過程中，飛行員所承受的加速度大小會超過2.5g;

D.在0.4-2.5 s時間內，阻攔系統對飛機做功的功率幾乎不變

這看似一道普通的高考選擇題，作為后來的解題教學素材應當是再自然不過的事情.但實際教學表明，學生在遇到此題時往往容易生成直觀上的困惑:一是部分學生不清楚阻攔索與力的合成與分解的關系，也就是最起碼的物理過程認識都存在問題;二是部分基礎較好的學生會被本題的“動態”因素所影響，即阻攔過程中兩力角度不斷變化;三是如乙圖所示的速度-時間圖像會使學生對飛機運動的認知產生干擾.因此，本題在實際解答的過程中，學生的第一思路很令人不滿意，而以上三點分析，每一點都指向學生的解題直觀.由此可見，解題直觀對于高中物理解題教學來說尤為重要，需要教師在解題教學中高度重視.

二、利用直觀認識提升解題能力的嘗試

針對學生在解題直觀上出現的問題，筆者嘗試基于以上三點分析，并從學生解題細節的角度來培養學生的解題直觀，以進一步培養學生的解題能力.具體分成以下幾個步驟:

第一步:利用具體知識為學生構建航母阻攔的物理圖景.在實際教學中，筆者首先借助于現代教學手段中的動畫，給學生呈現了個細致的艦載機降落的過程(也就是讓靜態的甲圖變成動態的過程，這樣學生思維所加工的對象就不是一個狀態，而是一個過程)，讓學生觀察阻攔索的變化，并初步判斷此過程中力的變化情況.這是基于學生的實際的，當學生的注意力集中在阻攔索的變化上時，學生會根據兩索(實際上是兩力)角度的變化，初步判斷出力會慢慢變小的結論.這一步是培養直觀認識的基礎.

第二步，讓學生結合感性認識去生成理性認識.在學生有了初步的感知之后，再引導學生結合圖乙去理解阻攔索上力的變化，這個時候當學生看到乙圖之后，他們思維中關于力的“感覺變小”會變成具體的、實在的“數據變小”(通過圖像和數據來獲得的認識)，這樣學生的思維中就有了一個可供思維加工的精確對象.尤其是學生認識到飛機在0.4s至2.5s內做勻減速直線運動之后，起初會產生一個認識上的矛盾:飛機所受合力不變與阻攔索拉力變化不一致!但當學生進一步認識到這是由于角度變化引起的結果時，又會釋然.這一步是培養直觀認識的關鍵，是感性認識上升為理性認識的重要階段.

第三步，讓學生“反芻”題目情境.這是在學生上兩步構建的基礎上，讓學生用自己的語言去描述題目的過程，類似于“反芻”，其操作關鍵在于讓學生離開題目而去全面構建對題目的認識.這在日常的高中物理教學中是一個十分有益的手段，譬如本題，學生通過復述來描述原題時，發現需要對飛機的運動過程與受力分析作出清晰的語言描述，而這可以將學生相對模糊的內隱認識，轉換為清晰的解題架構，這對于學生進一步明確題目模型，選擇解題工具，如本題所用到的牛頓第二運動定律、力的合成與分解以及功率等知識是極為重要的.

經過這樣三步的教學，學生關于本題的直觀認識就會順利建立起來，下面的解題也就順利多了.

三、解題直觀背后的學生能力形成過程

提升學生的解題能力是高中物理教學的永恒話題，解題能力從哪里來?筆者以為海量的題目訓練只能培養學生在一定范圍內的解題直覺，這種直覺不是真正的能力，而是一種類似于條件反射式的反應，其與解題能力之間尚存距離.而筆者強調在解題教學中要重視學生的直觀認識培養，實際上是為了提高學生的題目認識、題意建構與工具選擇能力.這與學生在解題中形成的直覺認識是有一定區別的.有經驗的教師都知道，學習比較機械的學生在遇到題目時，往往先想著去套用什么公式，這與其說是學生解題能力差，倒不如說是常規的解題教學讓學生形成了這一不良習慣.

因此，強調解題直觀對于高中物理解題教學來說，某種程度上是革新了傳統的教學思路，是符合學生認知規律的.高中物理知識抽象、規律繁多，建立這樣的解題教學觀，有助于化解學生的學習難度，從而促進高中物理的有效教學.