培养学生物理解题时的思维能力

南通市第二中学     严林珠  

发表于《湖南物理》第8期 ISSN1673-1875

解物理题目是考察学生掌握知识的有效途径，是贯穿整个中学物理学习的重要组成部分，是所有卷面考试存在的主要形式，因此解题是物理教学活动的重心之一。学会解题就是高中物理学习的主要内容之一，很多时候学生反映物理题目看不懂，题目难，是因为学生不会思维。什么是思维？ 思维是人类大脑能动地反映客观现实的过程,是人类开动脑筋认识世界的过程中进行比较、分析、综合的能力,是人类大脑的一种机能。在学生的学习活动中，思维能力是学习能力的核心。这就要求平时我们在讲解题目的时候要注重物理思维能力的培养。

一．思维定势对学生解题的影响

人具有思维定势，物理学习同样避免不了思维定势的影响。思维定势既有积极的一面也有消极的一面。促进积极的思维定势，克服和预防消极的思维定势，是高中生学好物理学的关键环节。思维定势是指人用某种固定的思维模式去分析问题和解决问题，这种固定的模式是已知的，事先有所准备的，是一种客观存在的现象。心理学的研究表明，人在学习过程中使用某一认知方式进行思维，重复的次数越多，越有效，那么，在新的相似情境中就会优先运用这一方式。这是一种不甚自觉发生的行为。它是思维的“惯性”现象，是人的一种特别本能和内驱力的表现。

1. 生活经验对思维定势的影响

例如在高一物理必修1第一章第一节在讲述参考系的时候有这样一张图片（图1）：匀速飞行的飞机上，驾驶员看跳伞员是直线下落还是曲线下落呢？地面上的人观察跳伞员和驾驶员看到的一样吗？学生头脑中总存在跳伞员曲线运动的情况因为我们经常就是站在地面上看空中落下的物体的，没有站在飞机上看物体的这种生活经验得不到直线下落这个结论，当我们后面学习了曲线运动平抛之后就能很深刻的了解这一原因。再如我们在讲惯性这一知识点的时候经常会有这样的问题：长跑运动员在冲向终点的时候速度太大不容易停下来是因为他的惯性比较大。这个也与我们的生活经验有关，运动得快的物体不容易停下来。学生经常在这个问题上犯错。在后面学习了牛顿第二定律之后就能很好的解释这一原因。

1. 套用物理公式或结论对思维定势的影响

    在讲授匀变速直线运动速度与时间的关系得到这样一个公式：v=v₀+at之后给出了这样两道例题：某汽车从静止开始加速，加速度大小是3m/s²，问4s后汽车的速度？4s末司机发现前方紧急情况需刹车，，求汽车5s末的速度。学生在处理第一个问题的时候直接套用公式就能得到结论。在解决第二个问题的时候也不假思索直接套公式得到负值，然后说负号表示方向，大小为3m/s。细心的孩子会发现这个有问题的地方他会提出来4s末就已经停了，一些粗心的孩子没有考虑到这种实际情况往往很容易出现上面的问题。

   再如在讲授完牛顿第二定律之后有这样一个问题，一桶水放在地面上，一个人用力去提这桶水，水桶为什么没动呢？牛顿第二定律中的力指的是物体受到的合外力而不是单个的力，研究的是物体受到的所有的力的合力。水桶之所以没有动是因为水桶所受到的合外力为零。

良好的思维定势能有效地促进知识和经验的正迁移，它使学生将解决若干问题求解的成果推广到众多的同类问题上。但它也有消极的一面，它容易使我们产生思想上的惰性，养成一种呆板、机械、千篇一律的解题习惯。当新旧问题形似质异时，思维的定势往往会使解题者步入误区。教学实践发现，学生解题中的许多失误，都是由不良的思维定势造成的。要重视培养解决问题的一般思维策略的定势，同时注意培养学生的分析、比较能力，要教育学生对不同的事物要重在比同，对相似事物要重在比异，以促进知识和经验的正迁移，防止负迁移。

二．注意培养学生的发散性思维

谈到定势思维，人们往往相对应地会联系到发散思维。发散思维又称求异思维，它是一种不受常规束缚，寻求变异，寻找多种解题途径的思维方式。与定势思维不同，发散思维具有思路广阔、流畅、新颖等特点。它不满足于现成的模式，既得的答案，它用“以变应变”的策略来处理不同的问题。因此我们在物理教学中应根据教材内容，精心设计一些培养发散性思维的练习，通过一题多变、一题多解、一题多问等对学生进行发散性思维的训练。

1. 一题多变的发散思维

一题多变，可以变化题型，可以变化条件等来培养学生的发散思维。

例如：发射同步卫星时，先将卫星发射到近地轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，经远地点时再次点火，将卫星送入同步轨道3，轨道1、2相切于点Q，轨道2、3相切于点P，如图2所示，当卫星分别在这三条轨道上正常运行时，以下说法正确的是  （    ）

1. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
2. 卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率
3. 卫星在轨道1上经过点Q的加速度大于它在轨道2上经过Q的加速度
4. 卫星在轨道2上经过点P的加速度大于它在轨道3上经过P的加速度

这道题只考察了线速度与加速度与轨道半径的影响，答案选(B).其实这里面还可以考察周期，角速度与轨道半径的关系，同样的题目但可以改变不同的选项。

2. 一题多解的发散思维

在学完动能定理之后很多运动学的问题都可以用动能定理来处理。例如自由落体，例如机械能守恒等，解题方法可以多种多样，不要局限于一种思维模式。

3. 一题多问的发散思维

历来的高考计算题都是由两到三个问题组成，很多时候这种提问时有阶梯性的。前一个问题是为后一个问题做准备，我们很多时可以依据它循序渐进的提问来慢慢找到解决问题的方法。

发散思维与定势思维是对立统一的一体。定势是发散的基础它们相辅相成，相互依赖，相互促进。没有运动学公式，没有受力分析，没有牛顿运动定律是没办法处理后面的曲线运动，机械能等后面复杂的物理过程的。

三、在感性认识的基础上进行思维加工

1、积累感性素材

感性认识是学习物理的基础，也是正确有效进行解题时的必要条件。感性认识是人们在实践的基础上，由感觉器官直接感受到的关于事物的现象、事物的外部联系、事物的各个片面的认识。感性认识从哪里来呢？从实验中来，从生活中来，尽可能多的让学生通过观察，通过实验，带领学生分析生活中熟知的典型事例。例如在学习电场和磁场的时候，利用多媒体将抽象的场形象的展示出来，这些感性认识都将会成为学生有用的感性材料，对进一步学习解题有着重要的作用。

2、进行思维加工

有了感性认识的基础上，将学生头脑中的感性材料进行思维加工，提取我们常常在解题时要用到的典型物理模型，这是在物理解题中培养学生思维能力的关键。 例如2014年江苏物理高考第一道计算题，如图3所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d,导轨与水平面的夹角为θ，在导轨的中部刷有一段长为d的绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面垂直。质量为m的导体棒从导轨顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端。导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦。接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g，

求（1）导体棒与涂层间的动摩擦因数μ；

（2）导体棒匀速运动的速度大小v 。

这道题的题目虽然有些长，但是里面的物理模型很典型，第一问就是斜面上的动力学问题，在斜面上只受重力、支持力、摩擦力三力平衡，物体在斜面上匀速下滑这种模型。根据受力平衡： ，解得 。

第二问中的物理模型就是电磁感应中导体棒在斜面上运动的问题：斜面上导体棒受重力、支持力、安培力三力平衡，匀速运动。根据受力平衡

，则

这两问都是非常典型的物理模型，教师应教会学生从题目当中提取有用的信息，建立物理模型，选用适当的方法来进行解题。

四．解题时注意思维的调控

1．解题时注意思维调控的必要性

思维调控是促进解题思维顺利进，影响解题成败的重要因素。所谓调控就是指对于所从事的解题活动的自我意识、自我分析（包括评估）和自我调节。物理解题是一个复杂的智力活动，它是一种有目的、有计划的科学活动。在学生解题过程中所采取的种种行为，都不是无意识的盲目的尝试，而是有着明确的目标指向的。我们要充分了解学生在解题过程中的思维活动，才能根据学生实际出现的问题进行及时的反馈。每个学生的思维都不相同，这就是为什么学生的错误总是多种多样，我们要不断的与学生进行交流和沟通从而获得他们在解题时出现的思维误区以便能更好的进行调控，最终让学生学会自我调控。

学生在新学完一个知识点进行问题处理的时候总是表现出不加思索地采用某一方法和解题途径来解题，当沿着原先拟定的解题途方法受到阻碍时，不能改变视角重新审视问题，寻找新的解题方法。所以很多学生在做错了题之后总是这样同我说：老师，我知道我这里有问题可是我不知道该怎么处理？然后就一如既往的错下去了，明知错了但由于想不到正确的处理方法而一直错下去。我们和学生解题方面表现出来的差异往往不仅仅是拥有知识数量多少的差异，而更多的是思维调节能力高低的差异。因此，我们在解题教学中，不仅要向学生介绍解题的具体方法，更要通过交流和沟通注重培养和提高学生的自我调节能力。物理解题时头脑里可能涌出多个似乎相关的知识但它们对解题来说并非都是有效的，即使都有效，也有优劣之分。这就要我们在它们之间作出正确的选择。而对各种解题方法的自觉运用就是对于解题过程的一种自我意识。选择的途径越清晰，选择的得越自觉，对解题过程的调节能力就越强，解题就越不容易偏离正确的轨道，到达目标的进程就越顺利。

1. 解题时注意思维调控的方法

我们时常会碰到这样的情况，当帮助学生正确地解答了一个物理问题后，学生会问：“老师，你是怎样想到这样去解答？这样解答其实我也会，但我怎么就想不到呢？” 学生的这些问题老师也往往回答不出。很多学生还反映题目看不懂，不知道在说什么，不知道从何处找突破口。

正确的进行审题是解题的第一步，从题目中获取各种对解题有用的信息，来进行思维加工。因此读懂题目很关键。我们可以通过画图来强化读题，并且有时要读出题目中隐蔽的信息，一些隐蔽的关键词等等。特别是在处理动力学问题的时候一定要画出受力分析示意图，找到一些隐含的临界条件,例如：圆周运动恰好过最高点，分析清楚是轻绳模型还是轻杆模型从而知道过最高点的临界条件；再如平抛与斜面最远的距离就是速度方向与斜面相平行的时候等等可以读出来的隐含条件。解题的时候思维一定要清晰，要正确的分析清楚了物理过程之后才能进行解题，在解决动力学问题的时候一定要把运动过程和受力过程相统一，不能自相矛盾，很多时候学生在解题时会出现自相矛盾的情况，受力和运动相悖从而陷入解题的误区。当出现这样的问题时我们可以再回过去看看我们的解题过程找到问题所在。

例：为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯。无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图4所示。那么下列说法中正确的是             (      )

A. 顾客始终受到三个力的作用

B. 顾客始终处于超重状态

C. 顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下

D. 顾客对扶梯作用的方向先指向右下方，再竖直向下

解析：先要进行读题，读懂它的物理过程：先加速后匀速。再对人进行受力分析，注意关键是人的运动是由于人的受力决定的，我们的受力分析一定要与人的运动情况相统一。学生在解这个问题的时候总是不能理解电梯对人的摩擦力所以也总是在这里出问题，因为要先加速必须要有水平向右的摩擦力，后匀速必然不能有水平的摩擦力所以匀速过程只受两个力而加速过程受到三个力作用，A错；加速时是超重匀速时不是，B错；人受到扶梯的作用，根据牛顿第三定律，扶梯也要受到人的作用力，加速时扶梯受到向下的压力大小与人受到的支持力相等，受到水平向左的摩擦力，大小与人受到的摩擦力相等，所以加速时扶梯受到人的作用合力指向左下方，大小是这两个力度矢量合成，匀速时摩擦力消失，受力方向竖直向下，D错，应选(C)。

当然在解题时还有其他的思维方式，例如形象思维，抽象思维，直觉思维等等，不管是哪种思维方式都有其两面性。我们要学会处理不同的题目用到不同的方法，这就要在解题时一定要注重思维的调控，使之不断的往正确的方向去引导，这要我们老师和学生多沟通交流让学生充分暴露思维的误区才能更好的为其纠正，要让学生学会这种自我调控的能力。

    总之，思维能力是学生学习能力的核心，我们要用各种手段来引起学生的关注，培养学生的思维能力，把这种能力的培养和训练落到实处对我们解决实际物理问题将有重大帮助。