不同思維方法在高中物理解題過程中的應用

摘 要：高中物理是一門綜合性比較強的學科，學生學習物理需要具備一定的邏輯思維.高中物理中包含很多抽象知識內容，學生在學習時存在一定難度，因此教師需要強化學生解題能力的訓練，提高學生的物理解題效率.高中物理有很多解題技巧，本文主要討論逆向思維法、整體思維法以及模型思維的應用.

關鍵詞：高中物理；逆向思維；整體思維；模型思維

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）18-0083-03

收稿日期：2023-03-25

作者簡介：周海建（1983.3-），男，貴州省貴陽人，本科，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

物理問題的解決需要多種思維方法，下面通過例題討論逆向思維法、整體思維法以及模型思維的具體應用.

1 運用逆向思維法提高學生解決問題能力

隨著時代的發展，我國對于高中學生的解題能力的要求更高了.學生在實際的解決問題過程中，往往會聯系高中物理教材內容直接思考，這種思維方法雖然在一定程度上能夠對問題的解決起到作用，但是當學生遇到比較

新穎的物理題型時，傳統的邏輯思維就不能發揮有效作用^[1].這種時候，高中物理教師需要引導學生從另一個角度進行思考，從物理題型的反面角度入手，反而能夠收獲意想不到的結果.而且高中物理教師將逆向思維方法引入高中物理解題過程中，掙脫了傳統的邏輯思維方法的束縛，有利于訓練學生分析問題、解決問題的能力.

例1 如圖1所示，有兩個連接的物體，物體A和物體B一起被放置在一個斜面上，現在給物體A和物體B相同的加速度，將兩個物體同時從斜面上端滑下，物體A與物體B與斜面之間的動摩擦因數均為μ（μ

解析 當學生遇到這種題型時，經常會從正常的角度進行思考，先根據題目中已知的條件，找出研究對象，分析物體受到力的作用，然后再驗證物體A與物體B之間是否存在力的作用.這種方式雖然也可以得到答案，但是需要消耗學生大量的時間，而且學生容易陷入思維困境，無法繼續下一步的分析.當學生陷入思維困境時，高中物理教師需要指導學生進行逆向思維.題目要求學生證明物體A與物體B之間是否存在作用力，學生可以先假設兩個物體之間存在力，并且假設這個力的大小為F.基于學生的假設，以物體A為研究對象做出力的分析圖.如圖2所示，從物體A的受力分析圖上可以清楚地看到物體A受到的力的作用，物體A在從斜面下滑的過程中受到四個力的作用，分別是重力、斜面給物體的支持力、物體B給的彈力以及與斜面之間的摩擦力.學生根據高中物理教材內容，聯系所學知識，建立方程：mgsinθ+F-f=ma，f=μmgcosθ，最后聯立兩式，可以得到a=sinθ-μcosθg+F/m.然后以物體B為研究對象，作出受力分析圖，如圖3所示，重復上述過程，建立方程：m′gsinθ-F-f ′=m′a′，f ′=μm′gcosθ，聯立兩式可以得到：a′=sinθ-μcosθg-F/m′.最后對比分析兩式，不難發現a>a′，與題目中給出的條件，即兩物體的加速度相同相矛盾，所以學生的假設并不成立，所以物體A與物體B之間并不存在力的作用.

點評 逆向思維培養有利于促進學生創新能力培養^[2].高中物理教師指導學生進行逆向思考，從題目的反面入手，不僅減少學生時間上的花費，提高學生的解決效率，同時拓展學生的思維，鍛煉學生的物理解題能力，學生的物理核心素養進一步提升.

2 運用整體思維法提高學生解決問題效率

高中生在解決高中物理習題時，經常會以一個物體為研究對象進行思考，這種思考方式適用于物體之間既存在明確的關系，又有自己的特性.但是有些物理習題中物體與物體之間的關系不明確，物體的特性也不突出，學生無法確定哪一個為最佳研究對象.當學生遇到這種習題時，教師需要引導學生立足于整體，將整體作為研究對象進行思考.通過整體思維方法解決高中物理習題，既提高高中物理解題效率，也保證了物理習題解答的準確性，而且以一個整體為研究對象，過程簡明，學生不易混淆，解題思路明朗，解題效率更高.

例2 有兩個小球A和B通過一個繩索串聯在一起，現在將它們懸掛起來，如圖4所示，如果給小球A一個與地面呈60°方向的恒力，同時給小球B一個大小相等相反方向的恒力，那么最后平衡時，小球A與小球B所處的位置狀態為（）.

解析 學生在解決類似題型時，如果采取常規的思維解題，效果并不會很理想，按照常規解題思路，學生需要先分別對小球A與小球B進行受力分析，但是兩個小球之間的力的情況非常復雜，學生在解決過程中會遇到很多困難，而且步驟繁瑣，容易造成遺漏現象，答案的準確性沒有保障.所以，高中物理教師需要指導學生將整個裝置視為一個整體，這樣進行受力分析更便捷.如圖5所示，因為兩個小球

受到的兩個恒力大小相等，方向相反，可以互相抵消，合力等于0.除了繩子給整體的拉力，整體還受到重力作用，方向為豎直向下，設重力大小為G和G′，根據題目給出的條件，可以知道最后整個裝置處于平衡狀態，學生根據滿足平衡的條件分析出繩子給兩個小球的拉力與兩個小球所受重力大小相等，方向相反，繩子給兩個小球的拉力方向豎直向上，由此可以分析出物體受力情況，畫出受力分析圖，得出正確答案為A.

點評 立足于整體進行思考是解決高中物理題型一種常用的方式，學生在解決物理題目時，正確運用整體思維方法，從而提高解題效率，保證解題的準確性.

3 運用模型思維法加深學生理解問題深度

除了上述逆向思維方法、整體思維方法，在高中物理解題過程中，還有一種常見的解題思維方法，即模型思維法.物理模型思維的培養是現代物理教育的重點^[3]，因為高中物理是一門邏輯性和思維性較強的學科，其中包含很多抽象內容，學生在理解上存在一定困難.因此，高中物理教師需要合理借助物理模型，幫助學生加深對物理知識內容的理解，提高學生分析問題、解決問題的能力.

例3 國家對工廠排放的污水具有嚴格的控制.現在想要檢測一個化工廠的污水排放量是否超標，技術人員在管道末端安裝流量計，如圖6所示.流量計裝置由不導電的材料制成，裝置為一個立體，長寬高分別為a、b、c，裝置上下封閉，左右貫通.現在給裝置一個垂直向下的磁場，磁場感應強度為B（均勻），同時在裝置的前后方分別安裝一個金屬板，作為電極，這樣就制成一個簡易的流量計.技術人員可以根據污水通過裝置時產生的電勢差U的變化檢驗污水排放量的情況，如果用Q表示污水排放量，那么以下哪種說法是正確的.

A．正離子較多的時候，前面金屬板相較于后面金屬板的電勢高.

B．不論是什么離子多一點，前面金屬板的電勢都比后面的低.

C．當污水中的離子濃度越高，電壓表上顯示的數字越高，即兩者成正比關系.

D．兩金屬板電極之間的電壓隨污水量的增加而增加，和裝置的長和寬沒有關系.

解析 學生根據洛侖磁力的相關知識，通過左手定則判斷在洛侖磁力的作用下，水中的正離子向后面的金屬板聚集，負離子向前聚集.根據上述分析，可以知道不論哪一類離子多，前面金屬板電極的電勢都會比后面金屬板電極的電勢低，選項A錯誤、選項B正確.事實上，這個污水流量計是以單根導體棒切割磁感線的物理模型為參考進行設計，因此學生只需要根據法拉第電磁感應定律進行分析即可得到答案.求解電勢公式為U=Bbv，污水流量公式為Q=Sv=bcv，由此可以知道電勢和污水流量之間的關系為Q=Uc/B，根據上述分析，選項D正確.因為兩個金屬板電極之間的電勢和離子的濃度并沒有任何關系，選項C錯誤.本題正確正確答案為選項B、D.

點評 通過這種方式，引導學生從物理模型入手，加深學生對物理知識的理解，加快學生解題速度，保證學生解題準確性，從而提升學生的高中物理解題效率.

在高中物理實際解題過程中，學生經常會遇到各種各樣的題型，有的題目還非常新穎，某些題常規的解題方法無法快速得出正確答案^[4].因此，教師需要指導學生利用其他方法進行求解.如本文中提到的逆向分析思維、整體分析思維以及模型思維等，這些都是高中物理解題過程中經常用到的解題技巧，應指導學生在應用中熟練掌握.

參考文獻：

[1]李樹倩.淺談高中物理解題策略的方法訓練[J].數理化解題研究，2022（36）：83-85.

[2] 李萬金.高中物理教學中學生逆向思維的培養策略研究[J].學周刊，2023（05）：75-77.

[3] 袁光榮.基于物理模型思維培養的物理課堂教學探究：以“質點”對象模型構建為例[J].數理天地（高中版），2022（22）：68-70.

[4] 劉麗娟.基于整體法的高中物理解題教學研究[J].數理化解題研究，2022（33）：92-94.

[責任編輯：李 璟]