黃發(fā)慶

(廣東省茂名市第一中學(xué)，廣東　高州　525000)

提高學(xué)生物理解題能力的教學(xué)策略研究

黃發(fā)慶

(廣東省茂名市第一中學(xué)，廣東高州525000)

摘要：高中物理是一門相對(duì)難學(xué)的自然學(xué)科，學(xué)生普遍反映“聽(tīng)得懂、不會(huì)做”.就算學(xué)生的物理知識(shí)掌握得不錯(cuò)，也往往需要老師先幫助分析一下題目的已知條件和求解的內(nèi)容才能順利解題，若獨(dú)自分析時(shí)常出現(xiàn)“閱讀理解障礙”，無(wú)法正確理解題意.在日常教學(xué)中該如何開(kāi)展有效教學(xué)，以提高學(xué)生解題能力？筆者根據(jù)自己多年的探究，總結(jié)出有效提高學(xué)生解題能力的教學(xué)策略.

關(guān)鍵詞：高中物理；教學(xué)策略；解題能力；物理建模

物理是高中理科綜合中重要部分，人們常說(shuō)“得物理者得高考”，可見(jiàn)物理有決定性作用.在高考中扮演篩選尖子生的重要角色，學(xué)生物理解題能力直接影響高考的成績(jī)，筆者就提高審題和解題的能力的教學(xué)策略進(jìn)行探討.

1加強(qiáng)建模能力訓(xùn)練，注重模型轉(zhuǎn)化能力的培養(yǎng)

一般物理習(xí)題是編題者根據(jù)自己腦海里的理想化物理模型，結(jié)合某些問(wèn)題情境和物理?xiàng)l件而擬定的，解題過(guò)程就是還原編題者物理模型的構(gòu)建過(guò)程.因而在解物理問(wèn)題時(shí)，能否順利找到解題思路的關(guān)鍵在于模型的構(gòu)建與轉(zhuǎn)化.加強(qiáng)對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)建立物理模型，是提高學(xué)生解題能力的根本，其教學(xué)策略如下.

1.1加強(qiáng)物理模型積累，形成“模型知識(shí)庫(kù)”

習(xí)題課上教師應(yīng)教會(huì)學(xué)生抓住題目中物理性質(zhì)和物理過(guò)程的本質(zhì)特征，由物體受力及運(yùn)動(dòng)的類型等多角度構(gòu)建物理模型，從而形成“模型知識(shí)庫(kù)”.可在階段性復(fù)習(xí)中進(jìn)行建模能力強(qiáng)化訓(xùn)練，如：彈簧模型、斜面模型、天體運(yùn)動(dòng)模型、人船模型、碰撞模型、傳送帶模型等.

1.2把復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為基本模型的組合

圖1

一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題都是由若干種簡(jiǎn)單的物理模型組合而成的.因此可以根據(jù)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力和初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特點(diǎn)，把復(fù)雜的物理情景分解為幾種簡(jiǎn)單的物理模型，化整為零，合理地進(jìn)行物理模型轉(zhuǎn)化，從而把已有的模型知識(shí)庫(kù)中的基本模型有效地遷移到復(fù)雜問(wèn)題中.例如：兩個(gè)小球A和B用輕質(zhì)彈簧相連靜止于光滑水平面上，右邊有一小球C以水平速度v射向B球，如圖1所示，C與B發(fā)生碰撞后結(jié)合成一個(gè)整體D.在它們繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)彈簧長(zhǎng)度變到最短時(shí)，長(zhǎng)度突然被鎖定，不再改變，在A球與墻發(fā)生碰撞后，A、D靜止且A與墻接觸而不粘連.過(guò)了一段時(shí)間，鎖定解除.若三球的質(zhì)量均為m，則在A球離墻后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧的彈性勢(shì)能最大.仔細(xì)分析此題的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以把此題分解成以下幾種模型.

模型1：小球B與C碰撞獲得共同速度，屬于完全非彈性碰撞.

模型2：物體D與小球A碰撞獲得共同速度，屬于類完全非彈性碰撞.損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能.

模型3：解鎖后，物體D與彈簧系統(tǒng)相互作用，屬于能量轉(zhuǎn)化模型.系統(tǒng)總能量為模型2中彈性勢(shì)能，彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為物體D的動(dòng)能.

模型4：彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，小球A與墻彈力為零，二者分離，物體D拉動(dòng)A的運(yùn)動(dòng)屬于兩球連彈簧不受外力作用的簡(jiǎn)單模型，兩球速度相同時(shí)動(dòng)能損失最大，即彈性勢(shì)能最大.

上述幾個(gè)物理模型屬于力學(xué)問(wèn)題中比較典型的基本模型，對(duì)每個(gè)模型的受力特點(diǎn)、動(dòng)量關(guān)系、能量關(guān)系，學(xué)生都不陌生，從而使很復(fù)雜的問(wèn)題得到簡(jiǎn)化.

1.3創(chuàng)設(shè)新的物理情景進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換

在解題訓(xùn)練中通過(guò)創(chuàng)設(shè)物理情景進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，多角度、多方位，全面地看問(wèn)題，有利于模型的遷移.如圖2所示，長(zhǎng)度為5d，相距為d的兩板間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一個(gè)質(zhì)量為m，電量為e的電子，以水平速度v射入磁場(chǎng)，要使電子不從兩板間飛出，磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)滿足什么條件？

模型轉(zhuǎn)換：把例中的磁場(chǎng)改為電場(chǎng)(如圖3)，其他條件不變，求兩板間所加的偏轉(zhuǎn)電壓U應(yīng)滿足什么條件？

改變條件后此題轉(zhuǎn)為新的物理模型，一個(gè)為“磁偏轉(zhuǎn)”，另一個(gè)為“電偏轉(zhuǎn)”.這兩道題形似神離，教學(xué)中可從不同角度、不同側(cè)面發(fā)散進(jìn)行比較，如受力特征、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、偏轉(zhuǎn)角度等差異.通過(guò)以上幾種差異的分析，兩個(gè)物理模型變得清晰而且容易理解，有助于模型的轉(zhuǎn)換.

1.4合理選編題目，創(chuàng)設(shè)積極的轉(zhuǎn)化氛圍

為使學(xué)生有更多機(jī)會(huì)接受有效轉(zhuǎn)化題目信息的訓(xùn)練，教師可在課堂上多選擇些類似例1和例2的題目,來(lái)培養(yǎng)學(xué)生轉(zhuǎn)化意識(shí)和能力.

例1：一水平長(zhǎng)傳送帶上放置一煤塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，煤塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.開(kāi)始時(shí)，傳送帶與煤塊都是靜止的.現(xiàn)讓傳送帶以恒定的加速度a0開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其速度達(dá)到v0后，便以此速度做勻速運(yùn)動(dòng).經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后，煤塊相對(duì)于傳送帶不再滑動(dòng).求此黑色痕跡的長(zhǎng)度.

圖4

本題涉及兩個(gè)物體、兩個(gè)過(guò)程，學(xué)生解決此題有一定的困難，需學(xué)生養(yǎng)成畫(huà)草圖即運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖的習(xí)慣，畫(huà)草圖實(shí)際上是將語(yǔ)言信息轉(zhuǎn)化成物理情景，這也是解決此題的關(guān)鍵.畫(huà)出的示意圖如圖4所示，題目的表述可進(jìn)行以下轉(zhuǎn)化.這樣，本題的物理情景已經(jīng)非常清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，接下來(lái)學(xué)生就可以比較容易地列出物理表達(dá)式求解了.

煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后，煤塊相對(duì)于傳送帶不再滑動(dòng).煤塊相對(duì)傳送帶上的P點(diǎn)滑動(dòng)一段距離與傳送帶等速后，就不再相對(duì)P點(diǎn)滑動(dòng).

圖5

例2：如圖5所示，S為一個(gè)電子源，它可以在紙面的360°范圍內(nèi)發(fā)射速率相同的質(zhì)量為m、電量為e的電子，MN是一塊足夠大的擋板，與S的距離OS=λ，擋板在靠近電源一側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求：(1) 若使電子源發(fā)射的電子有可能到達(dá)擋板，則發(fā)射速度最小為多大？(2) 如果電子源S發(fā)射電子的速度為(1)中的2倍，則擋板上被電子擊中的區(qū)域范圍有多大？

這道題目的第(1)問(wèn)學(xué)生容易認(rèn)為從S點(diǎn)以垂直MN板方向的速度發(fā)射電子最容易到達(dá)擋板，可將此問(wèn)轉(zhuǎn)化成一個(gè)幾何問(wèn)題，便容易得多且不易出錯(cuò).

第(2)問(wèn)中學(xué)生不難看出電子運(yùn)動(dòng)的圓軌道半徑為λ，求出這一步后再進(jìn)行以下轉(zhuǎn)化，這樣轉(zhuǎn)化后，這一物理問(wèn)題就變成了一個(gè)很簡(jiǎn)單的幾何問(wèn)題了.

如果教師在平時(shí)的習(xí)題教學(xué)能多給出幾道類似需要轉(zhuǎn)化的題目讓學(xué)生練習(xí)，并明確告訴學(xué)生這樣的題需要怎樣進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這其實(shí)是在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題，將語(yǔ)言信息轉(zhuǎn)化為具體的物理情景.通過(guò)訓(xùn)練可以提高學(xué)生的轉(zhuǎn)化意識(shí)和能力.

2加強(qiáng)圖表題目訓(xùn)練，提高挖掘隱含條件的能力

物理題目是通過(guò)文字、函數(shù)、圖像、表格來(lái)提供物理信息的，因此學(xué)生的審題過(guò)程就是從文字、函數(shù)、圖像、表格中獲取相關(guān)物理信息(尤其是隱含信息)的過(guò)程.學(xué)生能否獲取正確信息和挖掘出隱含的物理信息是解題的關(guān)鍵，其中最難的就是從圖像、表格中獲取信息，而近年來(lái)高考試題中包含圖像、表格信息的題目有所增加，那么提高學(xué)生對(duì)圖像和表格的分析能力是提高其解題能力的保證.涉及圖表類型的試題重在考查學(xué)生的分析、綜合以及靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)處理物理問(wèn)題的能力，即經(jīng)過(guò)對(duì)圖表的分析，使其轉(zhuǎn)化為物理情景，再尋找合適的物理規(guī)律把物理情景轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)語(yǔ)言.解決對(duì)策要求在掌握物理知識(shí)，同時(shí)還要求學(xué)生做到四會(huì)：(1) 會(huì)識(shí)圖，即認(rèn)識(shí)圖像，理解圖像的物理意義；(2) 會(huì)作圖，即依據(jù)物理現(xiàn)象、物理過(guò)程、物理規(guī)律作出圖像，且能對(duì)圖像進(jìn)行變形或轉(zhuǎn)換；(3) 會(huì)用圖，即能通過(guò)圖像分析挖掘隱蔽條件，用圖像描述復(fù)雜的物理過(guò)程，能抓住圖像物理量的變化關(guān)系，對(duì)照題目有關(guān)的物理定律、定理，闡述有關(guān)的物理問(wèn)題；(4) 會(huì)讀表，即能從某個(gè)物理量與多個(gè)物理量之間關(guān)系的數(shù)據(jù)中尋找物理規(guī)律，進(jìn)行計(jì)算、判斷、論證.鑒于此，日常教學(xué)應(yīng)注意以下三個(gè)方面.

2.1引導(dǎo)學(xué)生掌握研讀圖像的基本方法

研讀圖像的基本方法就是從六個(gè)方面去看圖：坐標(biāo)軸、截距、斜率、交點(diǎn)、“面積”和圖像的特征.不同圖像表示的物理意義不同，坐標(biāo)軸代表的物理量不同，因此，只有首先看清坐標(biāo)軸所代表的物理量，才能明確究竟研究的是哪兩個(gè)物理量之間的制約關(guān)系.物理圖像的截距常用來(lái)表示初狀態(tài)物理量的大小和方向，但某些截距有著豐富的內(nèi)涵，需要經(jīng)過(guò)深入分析才能揭示出其隱含的物理內(nèi)容，如閉合電路的U-I圖像.另外，圖像斜率或某點(diǎn)的斜率也是隱蔽條件所在處，不僅反映了一個(gè)物理量的變化快慢，還隱含了一些物理量的信息，如純電阻和閉合電路的U-I圖像中的斜率就分別代表電阻和回路內(nèi)阻的阻值.同樣，圖像的交點(diǎn)、圖線與坐標(biāo)軸所圍的“面積”一樣有豐富的內(nèi)涵.如力和力方向上的位移的F-s圖像，“面積”代表功的大小，從中能判斷功的正負(fù)；位移圖像交點(diǎn)代表兩物體相遇等.可見(jiàn)解決圖像信息題時(shí)想從圖像中獲得更多信息，對(duì)截距、斜率、交點(diǎn)和“面積”意義的分析挖掘必不可少.圖像的變化特征則是獲得物理規(guī)律和物理量間的函數(shù)關(guān)系的主要來(lái)源.對(duì)待復(fù)雜的圖像需分段分析，分別找出各段的不同函數(shù)形式的圖線所表征的物理過(guò)程，了解物理現(xiàn)象的全貌，為進(jìn)行物理圖像的定量計(jì)算奠定基礎(chǔ).綜合上述，在物理教學(xué)中，尤其在圖像習(xí)題講解時(shí)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生注意上述六個(gè)方面，逐漸養(yǎng)成研讀圖像的好習(xí)慣.

2.2加強(qiáng)作圖在物理習(xí)題教學(xué)中的作用

物理圖形能夠把抽象復(fù)雜的物理過(guò)程和現(xiàn)象、規(guī)律有選擇地、具體地表示出來(lái)，它簡(jiǎn)單明了，啟發(fā)思維，使人們能全面而動(dòng)態(tài)地把握物理過(guò)程，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵.利用圖形把物理量轉(zhuǎn)化為直觀的幾何量，能夠快速地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算.因此，在習(xí)題教學(xué)中，如果我們善于應(yīng)用圖形來(lái)分析具體問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題隱含的因素，把物理問(wèn)題轉(zhuǎn)譯為一定形式的圖形，化抽象思維為形象思維，借助圖形進(jìn)行邏輯分析，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)乃至研究物理學(xué)都將起到立竿見(jiàn)影的作用.所以要加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生作圖能力，從而提高學(xué)生圖形應(yīng)用的能力，以期達(dá)到逐步提高學(xué)生“轉(zhuǎn)化”意識(shí)和能力的目的.

2.3充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理過(guò)程的訓(xùn)練功能

圖表信息題的出現(xiàn)，不會(huì)使學(xué)生養(yǎng)成對(duì)號(hào)入座、死搬硬套的陋習(xí).由于它源于物理實(shí)驗(yàn)的控制變量法、數(shù)據(jù)列表法和圖像分析法等，解題時(shí)對(duì)表格和圖像相關(guān)信息的挖掘和破解，實(shí)質(zhì)也是學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力的重要體現(xiàn)，因而不要弱化了實(shí)驗(yàn)探究中數(shù)據(jù)處理過(guò)程對(duì)學(xué)生“轉(zhuǎn)化”意識(shí)和能力培養(yǎng)的教育功能.譬如：利用實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生掌握研讀表格的基本方法.例如在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生測(cè)量加速度、力、質(zhì)量，分別作出表示加速度與力、加速度與質(zhì)量的圖像，根據(jù)圖像寫(xiě)出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式.讓學(xué)生充分體會(huì)在這一探究過(guò)程中所使用的科學(xué)方法，同時(shí)教師要積極引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)中所涉及到控制變量法、圖像法也是研讀表格、尋找物理量間關(guān)系常用的方法.另外，計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)的效果，已為很多教師嘆服，基本形成共識(shí).它以動(dòng)態(tài)模擬的特長(zhǎng)，能輔助教學(xué)，優(yōu)化效果.采用數(shù)和形結(jié)合的相關(guān)教學(xué)課件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，如用“幾何畫(huà)板”建立數(shù)理模型,模型建立的過(guò)程即為圖形動(dòng)態(tài)形成的過(guò)程，尤其是在尋找加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系中所采用的“化曲為直”法，有助于學(xué)生了解如何作圖分析表格數(shù)據(jù)的方法，開(kāi)拓學(xué)生思維.

總之，物理題雖千變?nèi)f化，但解題的思路、方法卻有共同的規(guī)律，只要教師在平時(shí)的教學(xué)中，能夠培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)化意識(shí)，在復(fù)習(xí)過(guò)程中加強(qiáng)學(xué)生轉(zhuǎn)化能力的訓(xùn)練，使學(xué)生在審題時(shí)能夠?qū)㈩}目有效的信息轉(zhuǎn)化為具體的物理情景，那么，學(xué)生在實(shí)際解題過(guò)程中就會(huì)游刃有余.

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