物理教学要注重培养思维品质

刘立毅

（山东省德州市第一中学，山东 德州 253017）

学生思维能力差异的表现就是思维品质，物理学习中的思维品质主要包括思维的深刻性、灵敏性、独创性和批判性.培养学生良好的思维品质，是物理教学的重要任务，也是学生发展智力和能力的突破口.下面通过2013年的高考试题来探索物理教学中学生思维品质的培养.

1 深化理解知识，培养思维的深刻性

思维的深刻性，也叫做抽象逻辑性.深刻性反映物理学习中学生思维的抽象程度和逻辑水平，是思维活动的广度和深度，表现为善于进行系统而全面的物理思维活动，善于概括各种问题的类型，并正确地判断各种类型.物理概念要反映物理现象的本质，物理规律要揭示物理过程中物理量内在的、本质的、因果的、量值的各种联系.观察不能揭示本质和隐藏的内涵，只有通过思维，即抽象地、深入地、去粗取精地分析推理和逻辑表述才能完成这一任务.

例1.（2013年北京理综卷）对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质.

（1）一段横截面积为S、长为l的直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e.该导线通有电流时，假设自由电子定向移动的速率均为v.

（a）求导线中的电流I；

（b）将该导线放在匀强磁场中，电流方向垂直于磁感应强度B，导线所受安培力大小为F安，导线内自由电子所受洛伦兹力大小的总和为F，推导F安＝F.

（2）正方体密闭容器中有大量运动粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量n为恒量.为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；其速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与器壁垂直，且速率不变.利用所学力学知识，导出器壁单位面积上所受粒子压力f与m、n和v的关系.

（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）

命题解读：本题分别从电流的微观表达式、洛伦兹力与安培力的关系以及气体的压强进行设问，从宏观与微观的不同角度研究问题，将电流、洛伦兹力和气体压强三种模型组合在一题中，考查了考生对宏观物理现象的微观解释的理解.第（1）问的（a）中要弄清公式I＝n e S v的适用范围为：金属及半导体材料内的电流，均匀加速电场中因电荷定向移动而形成的电流.第（2）问中f与m、n和v的关系的推导教材中没有给出，需将动量定理应用到题给的情景，是对教材知识的提升和拓展，解答该题要把握本质和规律，没有思维的深刻性将无法作答.该题形式新颖，设问巧妙，突出了对物理思想方法的考查.启发我们的课堂教学不能简单地讲授公式、解题技巧，物理教学应从物理思想本源入手，教会学生从“问题情景”到“物理图景”的转化，建立恰当的物理模型，形成物理思维，特别要注重思维深刻性的培养.

2 做好思维调节，培养思维的灵敏性

思维的灵敏性是指学生在物理学习中思维活动的灵活和敏捷.灵活包括思维的起点和过程的灵活.敏捷指思维反应的速度.灵敏性表现为学习物理知识时迅速地从不同角度、侧面去思考；善于运用不同的知识和不同的方法正确地解决问题；善于从部分和整体角度分析问题.解决问题时，迅速准确地根据物理信息，找出问题的关键所在，恰当地提取物理知识与方法，正确地解决问题.

图1

例2.（2013年新课标Ⅰ理综卷）如图1，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面.在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触.已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g.忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：

（1）电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；

（2）金属棒的速度大小随时间变化的关系.

命题解读：在读题审题中，培养思维的灵敏性，克服思维定势影响，就要进行思维调节，需要将我们的具体思维过程展示给学生：（1）阅读试题，认识物理过程：装置：“导轨—电容—金属棒”；情景：“运动……摩擦力……产生电流……安培力”；目标：求解“电荷量与速度、速度与时间的关系”.（2）构建模型，弄清物理实质：本题为金属棒从静止下滑，产生感应电流，同时受摩擦力和安培力，最后匀加速运动.为力学和电磁学综合题，应从力学角度结合安培力公式分析.（3）分清已知，选择物理规律：题中已知θ、μ、m、L、C、B、g各量，涉及电荷量时选用q＝C U；涉及力和时间时，选择牛顿第二定律、运动学公式.（4）解后反思，检验讨论结果：求解完毕，验算结果是否正确.通过展示思维过程让学生总结成功做法和存在的问题，做好思维调节，而不应只给学生讲解成功的解题方法.在读题审题时，还需挖掘出“忽略所有电阻时，电容器两极板电压等于金属棒中感应电动势”；“电路虽然含有电容，但始终有电流”这两个隐含条件，形成准确的物理图景，快速解答，这是培养思维灵敏性的必经之道.本题第（1）问不能根据q＝Δφ／R总求解电容的带电荷量，该式仅适用于不含有其他电源的纯电阻电路.第（2）问是难点，需先判断金属棒的运动性质再求解，金属棒速度逐渐变大，而I、a、F安却为恒量，此分析为灵活选用规律奠定了基础，没有思维的灵活性，该问将束手无策.

本题考查了法拉第电磁感应定律、电容、电流强度、安培力、牛顿第二定律、匀变速直线运动的规律等知识.该题为单棒切割磁感线问题，新而不偏，活而不怪，起点较低，要求较高，注重对经典模型的拓展，主要考查综合能力和分析论证能力.启发我们在教学中要注重对学生思维灵敏性的培养.

3 提升迁移能力，培养思维的独创性

思维的独创性，即思维的创造性，是指具有某种价值的新颖思维，它有3个特点：独特性、发散性、新颖性.表现为善于独立思考，创造性地发现新问题和解决新问题；善于在广阔的领域内思考问题；善于探索发现新的解题规律，提出独特新颖的解题方法.物理学习中的独创性思维，具有理论、方法、实践三结合的特点.常表现为新颖的解题思路、新实验方法等.一般而言，概括性越高，知识系统性越强，迁移性越灵活，注意力越集中，则独创性越突出，还体现在学生对知识经验的迁移上.

图2

例3.（2013年新课标Ⅰ理综卷）某学生实验小组利用图2所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×l k”挡内部电路的总电阻.使用的器材有：多用电表；电压表：量程5V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5 k Ω；导线若干.回答下列问题：

（1）将多用电表挡位调到电阻“×l k”挡，再将红表笔和黑表笔______，调零点.

（2）将图2中多用电表的红表笔和（填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端.

（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图3所示，这时电压表的示数如图4所示.多用电表和电压表的读数分别为______k Ω和______V.

图3

图4

（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零.此时多用电表和电压表的读数分别为12.0k Ω和4.00V.从测量数据可知，电压表的内阻为 k Ω.

（5）多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图5所示.根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为________V，电阻“×l k”挡内部电路的总电阻为__________k Ω.

答案：（1）短接；（2）1；（3）15.0，3.60；（4）12.0；（5）9.00，15.0.

图5

命题解读：本题考查了多用电表的读数、原理、构造和电压表的读数以及欧姆定律等知识点，试题选取欧姆挡的调零和读数、多用电表表笔的接法、多用电表内电池的电动势和内阻计算等问题设问，考生在掌握多用电表的构造、工作原理、乃至仪器设计思想的基础上才能作答.第（5）问是难点，需根据（3）、（4）两问的电路、操作和读数，将已掌握的欧姆定律等知识迁移到图5电路，列出方程E＝U1（R滑＋RV＋r内）／RV和E＝U2（RV＋r内）／RV才能求解.没有思维的独创性解答该问是困难的.多用电表用途广、结构复杂，注意事项多，一定要让学生在明确原理和要求的前提下，亲手做、亲眼看、亲口读、亲自算.题中电压表串联在电路中，既是测量机构又是电路组成部分，属于非常规接法，在题给条件下是允许的.

该题特别注重实验的操作性和探究性，从知识与技能、过程与方法上深入考查考生的实验能力，真正体现了新课程重过程、重方法的理念.该题重点考查考生的分析综合能力、实验创新能力和实验思维能力，启发我们在实验教学过程中要注重思维的独创性的培养.

4 把握规律条件，培养思维的批判性

思维的批判性是指思维中善于严格估计思维材料和精细检查思维过程.能够鉴别概念和规律的各种说法，理解相关知识的联系与区别.表现为善于发现问题，提出质疑，分析条件，反复检查已拟定的假设计划和方案，善于用多种方法检查结果的正确性.

例4.（2013年北京理综卷）以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实.

光电效应实验装置示意图如图6.用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应.换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W 为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量）

图6

命题解读：高中物理教材中所讲“光电效应所得到的实验规律，特别是每种金属都存在极限频率，以及爱因斯坦的光电效应方程h ν＝W＋Ek”都只是在线性光学（弱光）范围内适用，即都只适用于单光子吸收的情形.而题中却给出高中物理没学过的新情景“用强激光照射金属，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应.”此时的条件为：非线性光学（强光），即双光子吸收或多光子吸收，对爱因斯坦的光电效应方程和各种金属都存在极限频率显然不能适用.需考生分析出条件的不同，鉴别出规律的变化，将光电效应方程修订为n h ν＝W＋Ek（n＝2、3、4…），再和Ek＝e U 联立才能求解.没有思维的批判性，难以对该题做正确选择.

本题主要考查从公式讨论解的正确性，需要考生具备相关的物理知识与技能，具有思维的批判性等优秀思维品质，考查考生的理解能力、推理能力和探究能力.有一些问题你可能不会求解，但是你仍有可能对这些问题的解是否合理进行分析和判断.分析和判断解的合理性或正确性时，可从解的物理量单位，解随某些已知量变化的趋势，解在一种特殊条件下的结果等方面进行分析，并与预期结果，实验结论等进行比较，从而判断解的合理性或正确性.

教学中注重学生思维品质的培养，既是培养学生思维能力的需要，更是培养创造型人才的需要.我们在教学中要充分挖掘有利于培养学生思维品质的素材，加强对学生思维品质的培养.

1 阎金铎.物理教学论.南宁：广西教育出版社，1996.

2 崔琰.2013年北京高考压轴题的解析与思考.物理教师，2013（7）.