基于問題解決理論解答物理習題的教學案例

張晨光 蔡武德

摘 要：物理是高中課程中較難的一門學科，教師教好物理，學生學好物理都要講究一定的方法。以高中物理習題中的多運動過程習題為例，給出依據問題解決理論解答高中物理習題的具體步驟。將問題解決理論與物理習題解題過程有機結合，有利于學生在解題過程中對物理學科核心素養的提升。

關鍵詞：問題解決理論;物理習題;學科素養

1.引言

問題解決理論認為，對于解決一個問題，無論問題難度大小，基本都涉及四個要素：一是起始條件，二是確定目標，三是確定解決問題有什么障礙，四是尋找解答問題的方法;解決問題包括四個階段：理解和表征問題，設計計劃或尋求解答，執行計劃或嘗試解答，評價結果[1]。物理習題的解答過程，是學生學習物理的過程中最難的一個環節，能否解答，以及解答的完整性和準確性，不僅體現學生對物理知識點的理解程度，也體現解題思路及方法的科學性。

2.問題解決理論與物理解題的對應關系

筆者在的實際教學中發現，問題解決理論與物理習題的解答過程有著密切的

聯系，它們之間的對應關系如表1所示。

3.解題案例

問題：如圖1所示，水平桌面的右端有一質量為m的物塊B，該物塊用長度為L的不可伸長的細線懸掛，物塊B對水平桌面壓力剛好為零，水平桌面離地面的高度為h=5.0m，另一質量為2m的物塊A以v=5.0m/s的水平初速度運動到右端，從起始點到右端的距離為S=4m，并與物塊B發生彈性碰撞，已知物塊A與桌面間的動摩擦因數μ=0.2。求碰撞后物塊A的落地點與桌面右端的水平距離x。

第一步確定表征問題

審題：通讀題目明確以下內容：（1）有A，B兩個物塊，質量分別為m和2m。（2）水平桌面受到物塊B的壓力為0，證明物塊B與桌面不接觸，相互之間沒有摩擦，則兩物塊在碰撞過程中沒有因摩擦而消耗的能量。（3）由于物塊A和物塊B的質量和體積不影響其運動狀態，則可以視為質點。（4）在題目所給的圖像中，明確標注了距離S，繩長L以及桌面高度h，方便理解題目。在題目中所給條件中，干擾因素很多，例如物塊A與物塊B運動過程中的空氣阻力以及碰撞過程中的能量損失，如果不仔細思考，將無法分析物塊的運動過程。

第二步尋求解答

老師：題目中所呈現的是一個可以構建的實際生活場景，對題目分析后我們能知道物塊運動的過程可以分為三個階段來進行，我請一位同學來說明一下。

學生：第一個階段，物塊A在摩擦力的作用下從起始點運動到物塊B處，運動距離為S=4m;

第二個階段，物理A與物塊B發生碰撞;

第三個階段，物塊A從桌面沿著運動的切線方向飛出。

從學生的描述中可以分析出在物塊運動的整個過程中可以建立三個理想化模型[3]：

（1）由于物塊A與物塊B的大小和體積對整個運動過程無任何影響，所以根據理想化模型的定義，我們可以把他們看作質點模型，所以物塊A在水平桌面上運動時，桌面對物塊A的摩擦力是一個恒力，物塊A做勻減速運動，與此同時建立了勻減速直線運動模型。故可利用動能定理列出相應數學表達式。

（2）當物塊A與物塊B發生碰撞時，根據題目所給的條件可得物塊之間是完全彈性碰撞，所以此過程動量守恒無能量損失。由此又建立完全彈性碰撞模型[4]，則根據動量守恒可以列出碰撞前后的數學表達式。

（3）物塊A從水平面飛出，空氣阻力幾乎對物塊的運動狀態不產生影響，所以建立平拋運動模型并列出相應的數學表達式。

第三步嘗試運用模型解題

解題步驟：

設碰撞前物塊A的速度為v，碰撞后物塊A、物塊B速度分別為vA、vB，且設向右為正方向

由動能定理

由于物塊A與物塊B發生完全彈性碰撞，所以有：

第四步結果檢驗與評價

解答完習題后進行回顧和總結，得出所求解果符合實際經驗，所以結果是正確的。在解答物理習題的教學過程中，將問題解決理論與建立物理模型相互滲透，不僅提升了學生解答物理習題的能力，還掌握了物理模型的使用方法，一舉兩得。

4.結束語

縱觀本次解題過程，優點在于將解決問題步驟化，避免教師與學生在解答問題前不知道從哪里入手;也避免了在解題過程中出現思路不清晰，同時在解答問題的過程中有利于提升學生的物理學科核心素養[5]。但是靈活運用問題解決理論指導解題時，需要教師和學生進行不斷的練習才能達到。

參考文獻

[1]張琪等.教育心理學：原理與應用[M].安徽教育出版社，2004，07：69-71.

[2]周盼.例談物理模型在解題中的具體運用[J].讀與寫，2018，15（5）：192.3.

[3]馮君生，黨婕.理想模型在物理學中的應用[J].新課程·下旬，2019，（8）：84.

[4]龔承康.高中物理碰撞問題研究[J].高中數理化，2015，（10）：29-29.

[5]楊華國.核心素養下的物理習題教學[J].中學理科園地，2019，15（1）：48，50.

作者簡介：張晨光，（1995-），男，漢族，在讀碩士研究生，研究方向為學科教學（物理）。

通信作者：蔡武德，（1966-），男，副教授，教師，研究方向物理課程與教學論。