對高中物理解題思維方法的探究與運用

◇ 浙江 孫群潔

物理解題能力是學生綜合運用物理學科知識、方法,對物理問題、物理現象或者規律進行研究、分析并加以解決的能力,既涉及學生的記憶能力,更涉及學生的理解和運用知識能力．《全日制普通高級中學物理教學大綱》明確指出,要“讓學生認識到,解題要經過獨立思考,不能機械地套用某種類型,這樣才能切實有效地提高能力”．因此,高中物理教學過程中,教師必須緊緊圍繞高中學生的學習能力和學習進展,從解題思維方法的培養與鍛煉入手,努力培養學生的解題習慣、解題技巧和解題能力,幫助學生強化對物理學科知識、概念和規律的理解,使學生掌握正確的學習方法,獨立自主地鉆研問題,領會研究問題的方式和方法．

1 解題思維方法的重要意義

習題教學是中學教育,尤其是數學、物理、化學等理科教育中的重要教學方法,對于幫助和指導學生深化和鞏固已學知識、增強學生運用知識分析和解決問題的能力,有著十分重要的作用．在傳統教學中,習題教學是理科教學的重要組成部分,甚至存在“題海戰術”的傾向．隨著現代教育理念的不斷轉變,特別是素質教育思想的深化,習題教學的理念與方法也發生了明顯的變化．當前,物理教學過程中的解題思維方法不再只是為了解題或者熟練運用某種公式,而是更加注重學生物理學科思維體系的構建,以及對物理知識、規律的深入理解．因此,高中物理的習題教學不能只看重解題的結果,更應關注解題的思維與方法,關注學生分析和解決問題的過程,引導學生更加深刻地理解物理、探索物理,促進學生物理學科核心素養的全面提升．

2 解題思維方法的具體應用

結合具體教學活動中的案例或者事例,本文擬從圖形解析、思維導圖、變式訓練等方面,對高中物理解題思維方法進行探究,分析其在具體教學環節中的實踐運用．

2.1 圖形解析法

圖形解析法將數字與圖形相應結合,使單純的物理學概念、數據變得更加直觀而清晰,增強學生對相關物理知識的理解程度,提升解題效率．在高中物理教學過程中,圖形解析法是相對簡單且直觀的教學方法,對于分析和解讀一些相對抽象的物理試題,以及涉及同類數據較多、容易出現數據應用錯亂的題目,有著十分重要的作用．數形轉換、圖形結合的方法,雖然對相關物理量進行了變化調整,但其物理規律的本質仍然不變．

例如,在萬有引力定律教學中,萬有引力本身是無法直接觀察的物理現象,行星運動更是遙不可及的太空現象,對學生的抽象思維和理解能力有著一定的要求,而教師可以采取圖形解析的教學方法,將行星、引力等以圖形方式予以展現,從而幫助學生更加直觀地感受能量的增、減等變化．

例有一個質量為M、半徑為R、密度均勻的行星,距離其表面R處有一個質量為m的質點,M對m的萬有引力為F1,當從M中挖出一個半徑為R/2的球形空間時,余下部分對m的萬有引力為F2,求F1與F2之間的關系．

分析對于這道抽象的行星引力變化試題,多數學生由于想象能力有限根本無法理解．此時,教師可以指導學生采取圖形解析的方法(如圖1),擺脫行星、引力等物理學概念的束縛,將試題轉化成為若干球體之間的幾何關系,以大小不同的球體表示行星、球形空間等物體,并將相應的試題數據標注在球體上,使物理規律題演化成為數學幾何題,有效降低試題的理解難度和解決難度．

圖1

通過圖形轉換,學生可以更加直觀地分析試題的內容及其要求,形成以下解題思路：質點與大球的中心之間的距離為2R,由萬有引力的計算公式有

則余下部分對質點m的萬有引力

由此可得F1與F2之間的比例關系為

2.2 思維導圖法

在物理學習過程中,由于學科涉及的知識面較廣,力學、電磁學等諸多知識既存在相互聯系、又有一定的區別,往往容易讓學生在認知和理解方面產生混淆,進而造成在試題解答過程中誤用公式、概念亂搭等問題．究其原因,主要是學生在物理學習過程中貪多或貪快,機械地采取背誦或題海等方式進行學習,導致沒有對物理學科形成系統的認知,進而影響了具體解題過程中思維方法的運用．因此,在高中物理教學中,教師和學生都應當秉持“磨刀不誤砍柴工”的思想,在日常學習過程中加強對相關學科知識體系的理解和構建．采取思維導圖這一行之有效的教學方式,可以使學生逐漸形成對物理知識的體系認知,進而更好地理解和領悟物理知識,從而在后續的解題過程中形成更加科學和系統的解題思維,提高解題的效率和質量．

例如,在機械能守恒定律的學習中,學生此前已經學習了相關的力學知識、能量知識,對力與功、功與能量之間的關系形成了初步的認知,但在進行機械能學習尤其是機械能守恒定律的理解時,往往會在動能、勢能以及重力、機械運動等概念認知中陷入混亂,從而在解答試題時忽視某個或某些能量及其轉化關系,造成失分．因此,教師可以以機械能守恒定律為核心,將其與能量守恒定律進行全方位的聯系,逐漸延伸出功能關系、能量守恒定律、機械能等相關知識點,以點帶面形成機械能守恒定律的知識體系架構,以便在解題時能夠清晰地看懂題目所要表達的含義及需要計算的相關數據(如圖2)．

對于學生建構的思維導圖,教師要發揮支持和引導的作用,鼓勵學生不斷更新和完善自己的思維體系,指導學生找出自己的錯誤及其原因,切忌代替學生建構．只有將課堂和學習交還給學生,建立“以生為本”的核心學習體系,才能最大限度地激發學生的學習熱情,使解題思維方法由戰術運用變成戰略思想,促進學生物理學習向縱深發展．針對學生在試題練習過程中出現的差錯,教師應當及時進行反饋,不必拘泥于試題本身的錯誤,深入了解學生思維導圖建構的困難和缺陷,盡早幫助學生完善自己的物理認知體系,必要時可以調整教學進度、改進教學方法,促進學生的全面進步和長遠發展．

圖2

2.3 變式訓練法

高中物理的知識點不僅涉及內容較多,而且同一個知識點在不同的條件下有著不同的用處,因而在進行物理教學時切忌固化思維,更不能讓學生形成知識點“一對一”的錯誤理解．因此,教師在進行解題思維方法教學與運用時,有必要采取變式訓練的方法,引導學生進行“一題多解”和“一題多變”,通過適當變化試題的形式、內容及解題思路,激發學生的學習興趣和發散性思維,使學生在同一組物理試題的練習過程中既能有效強化知識點,又能拓展知識面,實現學習深度與廣度的均衡發展．

所謂一題多解,就是在物理試題設計時提供更多的條件與數據,使學生既能夠通過A方法進行試題解答,也能通過B方法進行解題,而不同的方法涉及的知識點既有相同也有不同,從而引導學生對知識體系進行全面復習、融會貫通,不斷拓寬學生的解題思維方法．所謂一題多變,是指對已經設計好的物理試題,通過改變個別變量條件、數據、背景資料等方式,在幫助學生更好地掌握物理知識點和解題規律的同時,不斷強化學生的審題能力,使學生在解題時能夠保持高度集中的注意力,避免因疏忽大意而出現錯誤．

例如,在進行機械運動解題練習時,教師可以按照如下方式設置問題．

如圖3-甲,小球沿著圓環的弦下滑到最底端時,不同的路線用時是否相同?然后將題目進行微調．

例如,圖3-乙中小球的起止位置顛倒、圖3-丙中小球運動路徑變成兩個圓環等．學生在反復多變的練習中感受物體在不同環境下的運動狀態,并結合解題總結出運動規律,形成自主思考的解題思維方法,取得事半功倍的學習效果．

圖3

在變式訓練教學過程中,教師必須充分發揮自身的教學素養,有效調動學生的主觀能動性,不能將一題多變簡單地等同于改變試題數字或者條件,而應將物理學科的相關知識點融入試題的變化當中,使每一道試題都能夠考查、鞏固學生的某些知識點．當學生已經基本掌握并且能夠較好解答教師提出的問題時,教師可以引導學生自行開展一題多解和一題多變練習,讓學生自己對例題進行條件或者內容的修改,再自行答題或者與同學互換答題,從而更好地調動學生的學習興趣,使學生在主動學習中實現主動思考的深層目標．

綜上所述,現代教育教學理念對學生的學習思維、學習習慣、學習能力等給予了高度的重視,核心素養培養也已成為教育界的共識．在高中階段,雖然學生面臨著高考的嚴峻考驗,但教學活動不能再走過去“題海戰術”的老路,教師應當重視學生解題思維方法的培養,努力增強學生的物理思維與物理意識,幫助學生逐漸形成對物理學科的認知體系,提高學生由表及里、舉一反三的解題能力,使學生在熟練運用已有知識解答試題的基礎上,有效提升邏輯思維能力和分析問題、解決問題的能力,促進學生物理學科核心素養的全面發展,引導學生在物理學習和研究的道路上逐漸走向深入,為國家和社會培養更加優秀的人才．