增强实践意识 提升解题素养

顾建新

(江苏省泰兴市教师发展中心，江苏 泰兴 225400)

实践意识是人类意识的重要组成部分,是由能力支配行为的一种感性认识,是客观存在的实践情景在人们头脑中的反射和能动的反映,它反映了把理论或文字符号跟实践情景相联系的意愿和能力.在高中物理的学习和问题解决过程中,实践意识又体现了把物理知识和实践情景相关联的水平以及把文字符号转化为实践情景的自觉性.[1]

实践意识的培养源于真实的体验和感悟,实践性是其本质特征,只有通过自主体验、实践探索、感悟提升才能将思想意识逐渐内化为解题者的基本能力和核心素养.

解题素养是解题者对特定的物理问题及其求解过程由感性上升到理性的认知活动；是基于先天条件和后天学习养成的一种自觉的本能反应；是解题者基于具体的解题实践活动,将其所拥有的物理学科知识跟个人的实践生活经验予以充分的融合、内化和提炼,形成新的、个性化的认知结构,并据此提升、固化,形成的一种有助于解题理论和解题实践相互促进的综合性的个人素养；[2]是学生物理学科核心素养中高阶素养的显性特征.

良好的解题素养对于提高物理解题效率,发展学生心智,培养良好的思维品质,形成解决物理问题的方法结构,培养创新思维和创造能力,提升物理学科核心素养都有着重大意义.

基于皮亚杰的认知发展理论和信息加工理论,乔际平老先生将物理解题过程概括为如图1所示的物理问题认知过程:采用模型化的手段将实际问题抽象处理成物理问题,运用规律采用数学化的手段将物理问题转化成数学问题,再经过推理和计算得到问题的结果,进而对实际问题进行检验和评价.[3]

学生对物理问题认知过程处理的熟练程度反映了其解题素养的层次,而决定学生不同层次的原因不仅仅是知识的欠缺,很大程度上是对于实际问题抽象处理的能力,而这种能力常常依赖于学生的体验感悟、实践意识.

新高考为了突出对学生综合能力的全面考察,各省市的高考试卷中都在逐年不断增加情境化试题的数量和质量.情境化试题提供了真实的情境,物理规律和原理更加隐蔽,避免了学生解题中直接套用公式,让物理问题的解决更有实际意义,更加体现了中学物理学习的核心价值.

解决这类问题,必须利用物理知识分析、判断、简化、抽象文字表述,将情境化的实际问题转变成非情境化的物理问题,再利用物理知识、数学工具,以及必要的生活体验、感悟、直觉,进行推导、验算、解决问题.简而言之,就是要具备良好的物理解题素养.增加学生的实际体验,增强学生的实践意识,让学生在实践中感悟和升华,这是提升学生解题素养的重要途径.

1 增强实践意识,提高数据处理能力

图2

(2011年江苏高考物理第4题)如图2所示,演员正在进行杂技表演,由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于

(A) 0.3 J. (B) 3 J.

(C) 30 J. (D) 300 J.

本题的难度系数为0.29,相当于当年只有不到6%的考生答对这道题.这是一道贴近生活,能够紧密联系实际的估算题,所要考察的知识点都是高中物理阶段的核心基础知识.要解此题,首先,要正确建构抛体运动的物理模型,厘清功能之间的转化关系;其次,做好两个估算:一是依据生活经验估算一只鸡蛋的质量,二是依据图中鸡蛋的轨迹估算鸡蛋抛出上升的高度.这道题充分体现了新课程“重生活”、“重实践”、“重情感”的基本理念,让那些平时肯动脑筋、会学习,能注重生活、联系实际的同学真正有收获,此题又具有极高的区分度,是一道真正体现新课程理念的的物理好题.

其实本题就是源于教材后的“发展空间”:估算人抛石块时手对石块做功的多少.要解决好这类估算问题,一定要注重实践,关心生活,灵活运用,这对中学物理的教学也起到了良好的导向作用.

2 增强实践意识,发展问题转化能力

(2016年全国理综Ⅰ卷第17题)利用3颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯.目前,地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍.假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为

(A) 1 h. (B) 4 h.

(C) 8 h. (D) 16 h.

图3

本题的难度系数为0.27,相当于当年只有不到3%的考生答对本题.本题主要考察同步卫星、开普勒第三定律,这些知识点对于考生来说都不是大的问题,本题主要难在审题上,难在将题中抽象的文字描述转化为“同步卫星”运动模型的物理建构上.首先,根据题中文字描述“假设地球的自转周期变小”,得到同步卫星运动周期也变小,进而判断同步卫星运动半径也变小,但依然要满足“仅用三颗同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯”这一条件,可知最终任意两卫星的连线必与地球相切(如图3所示),最后,利用数学关系得到,在此临界状态下,卫星的轨道半径恰好等于地球半径的2倍,此时卫星的周期即为地球自转的最小周期.

高考中的难题之所以难,大多数并非是所考查的知识有多难,很多时候恰恰是难在能力、意识和习惯等方面,因为关键的解题条件是隐藏在文字之下的,需要通过学生自觉地转化进行发掘,只有把题中的文字叙述转化为恰当的物理情境之后,才能进一步形成物理解题的条件和要求,进而运用数学方法加以解决,得到问题的答案.

因此,具有自发转化题目物理情境的意识和能力对解题来说具有关键意义,这就需要增强学生的实践意识,对物理情境能进行具体分析,打破思维定势,创造性地分析和解决具体问题,最大限度地培养学生的物理思维能力,而不是简单的生搬硬套.

3 增强实践意识,培养高效建模能力

图4

(2015年江苏物理第13题)如图4所示,做磁共振(MRI)检查时,对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流.某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响,将包裹在骨骼上一圈肌肉组织等效成单匝线圈,线圈的半径r=5.0 cm,线圈导线的横截面积A=0.80 cm2,电阻率ρ=1.5 Ω·m,匀强磁场方向与线圈平面垂直,若磁感应强度B在0.3 s内从1.5 T均匀地减小为0,求(计算结果保留一位有效数字)

(1) 该圈肌肉组织的电阻R;

(2) 该圈肌肉组织中的感应电动势E;

(3) 0.3 s内该圈肌肉组织中产生的热量Q.

本题基于医疗器械 “磁共振”这一生活情境,主要考查电阻定律、法拉第电磁感应定律以及电热的相关知识.这是计算题的第1题,从知识要求以及试卷结构上来讲该题的难度应该不大,但事实上最终的得分率比预期的要低很多.主要原因是该题的问题情境较新,考生没能根据题中文字描述,将“将包裹在骨骼上一圈肌肉组织等效成单匝线圈”,建立正确的环形电阻模型,导致没能准确理解和区别题中描述的“线圈半径”和“线圈导线的横截面积”,以致第一问就没能做对,直接就影响到另外两问的解答.

建模是人类最重要的研究问题的方法之一,是认识自然界本质和规律的必经之路.要正确建立恰当的物理模型,只有基于实践的体验,理性的认识,抽象的思维,物理的直觉,避开表面现象的干扰,透过现象抓住问题的本质,紧扣主要因素,忽略次要因素,对实际情境进行必要的简化和抽象,将实际情境转化为理想化的物理模型,让实际问题具体化、形象化.[4]

4 增强实践感知,提升抽象问题处理能力

习题教学是高中物理教学的重要组成部分,是提升学生解题素养的重要途径,在习题教学中努力创设情境,增加学生体验,培养问题转化能力,提升物理感知,让解题情境直观而丰满.

图5

例如,高一在学完“力的合成与分解”之后,笔者都会通过下题来检测学生对相关知识的掌握和理解情况.如图5所示,重为G的物体在两根细绳的悬挂下处于静止状态.细绳AC、BC与竖直方向的夹角分别为θ1=60°,θ2=30°,求细绳AC、BC对物体的拉力各多大?

不少学生由于刚接触合力与分力,经常会把AC、BC边的长度当成分力的大小作平行四边形,造成细绳AC对物体的拉力大于BC对物体拉力的错误结论.

笔者并没有直接纠正学生的错误,而是带领学生到操场上玩单杠,让学生亲自体验,形成强烈的主观感悟,认识到自己的答案和真实体验之间的不同,然后再引导学生去分析原因,找出问题来.通过实践体验,学生不仅解决了实际的问题,更重要的是培养了学生解决问题时联系生活实际的实践意识,增强了解决问题的物理感知,有时物理感知常常成为解决棘手问题的有效突破口.

图6

(2013年江苏高考物理高考第2题)如图6所示,“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上.不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时,下列说法正确的是

(A)A的速度比B的大.

(B)A与B的向心加速度大小相等.

(C) 悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等.

(D) 悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小.

解决本题,一定要抓住A、B两个座椅角速度相同,再利用圆周运动的知识分析选项.但如果我们关注了生活中“旋转秋千”这一常见现象,我们便会立马判断出处于外侧的悬挂座椅B的缆绳比悬挂A的缆绳与竖直方向的夹角要大,再画出受力草图,简单加以分析,答案便一目了然.

物理的直觉和感知是提高物理解题能力的重要手段,而这不是纯粹的知识所能够替代的,它的生长必须要经历实践,通过真实的体验来感悟,进而内化为物理解题的基本素养.

学习物理,并不一定就是为了将来从事跟物理相关的工作,重要的是为了通过物理学习,培养良好的科学素养,正如赵凯华先生所说:“一个人学了物理之后干什么都可以干,那他的物理就没有白学.”[5]提升学生物理学科的解题素养,也并非仅仅是为了解决几道题目,重要的是在提升解题素养的过程中培养学生的思维品质、创新能力与科学精神, 为学生终生发展奠定基础.提升解题素养,只靠系统的知识是不够的,还得通过实践体验,在体验感悟中提升学生的解题素养,在问题解决中实现试题的育人价值.