挖掘習題功能 培養科學思維

武光利

(江蘇省連云港市海州高級中學 222023)

“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，科學思維是高中物理核心素養的重要組成部分，培養和發展學生的科學思維能力是物理教學的重要目標之一，習題教學則是培養學生科學思維的重要途徑.

一、運用類比遷移，培養建構與應用物理模型的思維

物理學在研究問題的過程中，通常需要對研究對象進行抽象、簡化出能反映物質本質屬性的物理模型，物理概念的形成和物理規律的得出離不開物理模型的建構和運用，建構與應用模型是物理學一種重要的科學思維方法，在許多物理問題的解決過程中建構和運用物理模型常常起到關鍵作用.

例1如圖1所示，在豎直平面內有一個光滑半徑為R的圓形軌道，O為圓心，Q是軌道的最低點，在Q點附近P處(θ<5°)放一質量為m的滑塊，讓滑塊由靜止開始下滑，試求物塊運動至Q點所需時間.

高中學生所要解決的問題大多都能找到對應的物理模型，解題過程通常就是將具體的問題轉化成已有的模型，再運用這個模型所遵循的物理規律來解決問題.在運用物理模型時要能深入分析實際問題本質特征，所選用的模型和要解決的實際問題應遵循相同的物理規律.

二、加強科學推理訓練，培養科學推理思維

科學推理是科學思維的核心組成部分，科學推理的過程一般包含觀察事物或現象、發現問題、提出假設、設計實驗或運用相關原理、得出結論、解釋推斷等一系列科學活動，物理問題的研究離不開科學推理.新課標要求高中學生能對簡單的、常見的物理現象、綜合性的物理問題進行分析和推理，獲得正確的結論并做出解釋.

例2如圖2所示，水平桌面上的輕質彈簧一端固定，另一端與小物塊相連.彈簧處于自然長度時物塊位于O點(圖中未標出).物塊的質量為m，AB=a，物塊與桌面間的動摩擦因數為μ.現用水平向右的力將物塊從O點拉至A點，拉力做的功為W.撤去拉力后物塊由靜止向左運動，經O點到達B點時速度為零.重力加速度為g.則上述過程中( ).

C．經O點時，物塊的動能小于W-μmga

D．物塊動能最大時彈簧的彈性勢能小于物塊在B點時彈簧的彈性勢能

三、設計開放性問題，培養科學論證思維

科學論證是針對未知或不確定的問題，根據已有的知識、理論、方法等提出觀點，為自己的觀點提供支持，并反駁不同的觀點，以解決問題并獲取知識的活動.在平時習題教學和考試中，要求學生運用科學論證來解決的問題相對較少，相對來說，開放性問題更加有利訓練學生科學論證的能力.

例3判斷是否存在這樣一種靜電場，電場線平行不等間距，如圖3所示.

解析一般情況下，學生很難從正面去說明題中所給的電場是否存在，因為不易找到判斷的依據，其實判斷這個問題，需要利用靜電場的基本性質，即靜電場力對電荷做功與路徑無關，電荷在靜電場中從某點出發經過任一路徑再回到該點，電場力對電荷做的總功等于零，明確這一點就可以作如下論證：將一試探電荷q置于電場中，從A點出發沿如圖3所示路徑ABDCA運動后又回到A點，考慮電場力對電荷的做功情況，WAB=WCD=0，WBC+WDA≠0，這顯然違背了靜電場中電場力做功與路徑這一結論，所以，電場線平行不等間距的靜電場不存在.

在進行科學論證時，要確定論證的證據，并根據證據形成自己觀點，論證的過程要建立證據與觀點之間的關系，或反駁不同觀點.科學論證結構模式主要包含，“觀點”，“事實證據”，“理論依據”，“推理過程”和“反駁”等要素.

四、引導解題后反思，培養質疑創新思維

質疑創新是科學發展的動力，是科學思維的重要特征，質疑是創新的基礎，在物理學的發展歷程中，任何新概念的提出和新理論的創立，都是科學家在對前人的結論提出質疑的基礎上，運用創新思維綜合已有的研究成果才實現的，引導和培養學生質疑創新能力是教學過程不容忽視的問題.

例4如圖4所示，質量為m，長為d的導體棒，用長度為L的兩根輕質軟導線懸掛在豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度為B.未通電時，輕導線在豎直方向，通入恒定電流后，導體棒向外偏轉的最大角度為θ，求此棒中恒定電流的大小.

部分學生的解法如下：對銅棒進行受力分析，受力如圖5所示(側視圖).當最大偏轉角θ時，棒受力平衡，有

以上解法正確與否，可以通過設問引導學生質疑：通入電流后導體棒做什么運動？到達最高點時導體棒是否處于平衡狀態？經過應到分析，學生會發現，導體棒速度等于零但并不是處于平衡狀態，所以不能用平衡條件求解.

根據動能：BIdLsinθ-mgL(1-cosθ)=0

在習題教學中，教師可以把一些典型錯解提供給學生，引導學生質疑，讓學生自己分析正誤弄清錯因，并在此基礎上提出正確的解法；培養學生在解題進行反思的習慣，這樣不僅可以提高答題的正確率，而且有助于培養學生的質疑能力，提升學生思維能力.