高中物理解題技巧和答題思路
2019-03-04 20:43:54三好網(wǎng)
物理解題屬于問題解決的范疇，是認知心理學(xué)的一個重要課題。但它又有明顯的單學(xué)科特征，解物理題需要引用物理學(xué)科的知識，因此對物理解題進行心理學(xué)的研究和探討無疑對物理教學(xué)是有積極意義的，對引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)思維也是有幫助的。下面就詳細的說說。
一、物理解題概述
近年來解題研究指出：一個問題是指一個不能及時達到的目標(biāo)，為求達到這個目標(biāo)所作的體力或心理的行動叫做問題解決。解題時必須要遵從一定的法則。故一個問題應(yīng)包括以下幾個環(huán)節(jié)：（1）始態(tài)（initialstate）──問題所給予的已知情況，物理習(xí)題中的已知條件；（2）終態(tài)（goglstate） ──解題時要達到的最終目標(biāo)，物理題中的所求；（3）操作法則（operator）──應(yīng)用這些法則把問題由始態(tài)轉(zhuǎn)變成終態(tài)，在高中物理解題技巧中包括要符合的物理定律原理也要符合人們認識的規(guī)律。
在解題過程中，解題者要由始態(tài)開始，通過一系列的問題態(tài)，到達終態(tài)。由始態(tài)到終態(tài)的所有問題態(tài)構(gòu)成了問題空間，而問題態(tài)的轉(zhuǎn)變需要解題者作出某些心理操作，這樣就構(gòu)造了解題的心理圖象。這心理圖象是個人化的，它因人而異，它所包含的信息可以較問題本身的信息為多或為少，它是受解題者貯存在長期記憶里知識的影響。也就是說，解題者根據(jù)自己已有的知識來構(gòu)造心理圖象和尋找題解。許多時，問題空間很大，容許操作的法則也很多。就是一題多解；有時問題空間雖然很大，容許操作的法則卻很有限，相應(yīng)的問題解法也就較少。
解題過程也是一個非常復(fù)雜的信息處理過程，解題者則是一個信息處理系統(tǒng)，解題就是系統(tǒng)跟問題的相互作用。解題取決于這個信息處理系統(tǒng)的特性和問題結(jié)構(gòu)。問題結(jié)構(gòu)限制解題的過程，提供一些可行的行動；解題者的特性是指他短期記憶的容量，長期記憶貯存的知識和貯藏及提取這些知識所需的時間，貯藏的知識“模塊”（基題）越多，提取這些“模塊”的速度越快，解題的效率就越高。
二、物理解題中的心理操作
解題時，將題目所描述的物理現(xiàn)象譯成物理圖象輸入大腦暫時儲存，而后大腦將進行一系列復(fù)雜的心理操作，使問題得以解決。進行心理操作，一是要有操作對象，二是要有一定的操作規(guī)則（包括操作的先后次序）。物理解題中的心理操作對象是貯存于大腦長久記憶中物理知識的基本模塊。而這些“模塊”信息量的大小，集成化程度的高低，因人而異，各不相同。操作規(guī)則必須符合本門學(xué)科的原理和人們認識的規(guī)律。所謂心理操作是指對這些“模塊”進行加工、組合、銜接、再造的心理過程。沒有這些“模塊”，心理操作就失去了原料。不能要求一個毫無物理知識的人去解物理題，不論他如何聰明，也不會解出物理題來，道理很簡單，因為在他大腦的長久記憶里沒有貯存加工的“模塊”，巧婦難為無米之炊就是這個道理。
物理解題的心理操作一般分三個階段進行：
第一階段為檢索提取階段。當(dāng)要解的習(xí)題輸入大腦后，一旦被吸引去開始解決時，我們原有的知識經(jīng)驗和實踐知覺就會向著一定問題的方向去變化、檢索、識別而后提取貯存于大腦長期記憶里相近、相似的“模塊”。這些“模塊”可以是物理某部分、某單元的知識，也可以是同類型的基本習(xí)題。第一階段的工作為第二階段的加工提供了原料和必要的準(zhǔn)備。當(dāng)然，對于一個復(fù)雜的問題，不見得一次就能將“模塊”提取的十分準(zhǔn)確，有時在加工的過程中還可反復(fù)檢索，反復(fù)提取。
第二階段為溝通加工階段。這一階段是心理操作十分重要的階段，它包括采納、排除、分解、組合、遷移、選擇、改造、銜接：溝通等操作環(huán)節(jié)。通過以上的操作，使問題空間逐步確定，逐步明朗。溝通思路，形成策略。在這了階段要對原有的“模塊”加工再造，重新進行組織，大腦皮層的暫時神經(jīng)聯(lián)系在有些部位出現(xiàn)新的開通，有些部位產(chǎn)生暫時關(guān)閉，進行新的改組，這時候新的創(chuàng)造思維就會產(chǎn)生。解題從某個角度講就是一種創(chuàng)造，當(dāng)解決別人從未解決的問題時更是如此。
在進行操作時，有時需要把整體“模塊”分成元件，直至不能再分。把每一個“模塊”所含的元素按需要排列，按需要將上述被分解的元素重新組合，依所提供的信息充分想象，還要克服思維定勢的影響，使問題空間逐步確定，形成解題策略。
第三個階段為反饋輸出階段，經(jīng)過第二階段的溝通加工，方案策略已經(jīng)形成，再經(jīng)過編輯、優(yōu)化、計算、檢驗，使被加工的信息系統(tǒng)化、條理化，這就達到了問題的終態(tài)。這時將已加工完畢的信息分為兩部分：一部分通過職能器官輸出，一部分又回輸（反饋）到大腦成為新的“模塊”貯于長期記憶。我們將心理操作過程用框圖示意如下：
心理操作是個人化的思維圖式。有些人在問題空間中漫無邊際的思索，但無法組織，終無所獲。有些人卻能在問題空間中用極為有限的搜尋來代替幾乎無法窮盡的搜索，甚至有條不紊地走向目的，不出現(xiàn)任何嘗試的錯誤。
三、解題實例分析
例1，一個質(zhì)量為m，帶有電荷為q的物件可在水平軌道ox運動，O端有一與軌道垂直的固定墻。軌道處于勻強電場中，場強的大小為E，h向沿ox是正向，如圖二所示，小物體以初速vo從xo沿ox軌道運動，運動時受到大小不變的摩擦力f作用，且f＜Eq，設(shè)小物體與墻碰撞時不損失機械能，且電量保持不變，求它在停止運動前所通過的總路程S0（1989年高考題）
解：如果我們將上述問題所描述的物理現(xiàn)象進行分析，將會從大腦的長期記憶中提取“電勢能”、“動能”、“摩擦力作功”、“功能原理”四個基本知識模塊。而這四個模塊間有什么聯(lián)系，是怎樣銜接起來的呢？下面我們分兩種情況來討論：如果沒有摩擦力，由于物體與墻壁的碰撞井不損失能量，因此物體的功能和電勢能可以互相轉(zhuǎn)化，但功能和電勢能的總和是守恒的；在有摩擦力的情況下，摩擦力的方向與小物體的運動方向相反，動能和電勢能都會逐漸減少，最后將停在O點。這就是小物體克服摩擦力所做的功等于減少的動能和電勢能之和。我們可以用框圖表示如下：
“模塊2”與“模塊3”從不同的方面描寫了物體狀態(tài)的變化，“模塊1”描寫克服摩擦力作功的過程。物體狀態(tài)的變化，顯然是因摩擦力作功而引起，這樣“模塊1” 與“模塊2、3”之間就有了困果聯(lián)系，而二者的定量關(guān)系是由“模塊4”（功能原理）銜接起來的。因為本問題所求物體的后路程是與過程量功密不可分的物理量，同樣出現(xiàn)在作功的全過程中，所以提取摩擦力作功的模塊是有道理的。依照圖三列式計算并不困難，此處計算從略。
例2，如圖所示，在水平光滑的桌面上放一個質(zhì)量為M的玩具小車，和小車的平臺（小車的一部分）上有一質(zhì)量可以忽略的彈簧。一端固定在平臺，另一端用質(zhì)量為m的小球?qū)椈蓧嚎s一定距離后用細線捆住，用手將小車固定在桌面上，然后燒斷線，小球就被彈出，落在車上A點。如果小車不固定而燒斷細線，球?qū)⒙湓谲嚿虾翁�？設(shè)小車足夠長。球不致落在車外。（1987年高考題）
解：本題可以分小車動與不動兩種情況，四個基本物理過程，即“小車不動時小球的平拋運動”，“小車動時小球與小車的相互作用”、“小球?qū)π≤嚨南鄬\動”，“小車動時小球的平拋運動”。每一個物理過程可以認為是儲存了一定信息的模塊。每個模塊統(tǒng)攝了許多物理知識，為小球的乎拋運動，包括了平拋的運動學(xué)特性，重力作用的瞬時效應(yīng)，空間積累效應(yīng)，時間積累效應(yīng)，小車動時情況更復(fù)雜。但是經(jīng)過分解、篩選可以發(fā)現(xiàn)四個過程都與速度緊密相連，這就有可能通過速度將四個物理過程聯(lián)系起來，如框圖所示：
在圖五中已圖示了每一“模塊”的從屬關(guān)系，所應(yīng)滿足的物理規(guī)律以及它們之間相互聯(lián)系的銜接條件。這樣解題的思路已經(jīng)溝通，再構(gòu)造數(shù)學(xué)模型去解是并不難的。
例3，一根細繩跨過一定滑輪，兩端分別有質(zhì)量為m及M的物體，如圖六，且
M＞m，M靜止在地面上，當(dāng)m自由下落h距離后，繩子開始與m、M相互作用，在極短時間內(nèi)繩子被拉緊，求繩子剛剛被拉緊時，M能上升的最大高度？
解：本題整個的物理過程可分為三個階段。第一階段：m作自由落體運動。第二階段：繩子分別與物體相互作用。第三階段：m及M分別作勻變速運動。三個階段的聯(lián)系是：第一階段m作自由落體運動的末速度v恰是第二階段m與繩相互作用前的初速度。第二階段m、M與繩子相互作用后的速度V就是第三階段M作變速運動的初速度。如圖七所示。
從圖七我們可以看出每一個階段實質(zhì)上就是一個知識“模塊”，但每一“模塊”所包含的知識容量并不相同，每一“模塊”有各自的特點和應(yīng)該滿足的規(guī)律。這些規(guī)律就是操作規(guī)則。這三個“模塊”自然地銜接起來就構(gòu)成了一個完整清晰的圖象，再計算是不難的。
人類認識的理論不僅要解釋人怎樣進行復(fù)雜的思維和解題工作，還要解釋人是怎樣學(xué)會這么作的。研究解題者對物理問題構(gòu)造的心理圖象，目的是了解他們對物理知識的組織和加工能力。在物理學(xué)習(xí)上重理解輕記憶的作法是不足取的，也是沒有根據(jù)的。解題的成功者在于他們擁有高度組織的物理知識，并在記憶中貯藏了不少相類似問題的題解。在物理教學(xué)中只讓學(xué)生盲目作題，不講習(xí)題的溝通和演變、不引導(dǎo)學(xué)生作正確的定性分析也是不可取的。凡成功的解題者，解題策略好的，大都是先對問題作定性分析，探索到解題思路后，才作定量分析。
近年來國外有些物理教育家紛紛呼吁應(yīng)加強學(xué)生定性推理能力。我國近幾年的高考試題也加大了定性分析考題的成分，注意把重點轉(zhuǎn)向知識技能的習(xí)得過程。但是我們?nèi)孕杓訌娢锢斫忸}的心理過程研究，加強物理解題的定性分析，這不僅有助于學(xué)生解題策略的形成，也有助于學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。
