基于问题解决理论解答物理习题的教学案例

2020-09-10张晨光蔡武德

高考·下 2020年1期

张晨光蔡武德

摘要：物理是高中课程中较难的一门学科，教师教好物理，学生学好物理都要讲究一定的方法。以高中物理习题中的多运动过程习题为例，给出依据问题解决理论解答高中物理习题的具体步骤。将问题解决理论与物理习题解题过程有机结合，有利于学生在解题过程中对物理学科核心素养的提升。

关键词：问题解决理论;物理习题;学科素养

1.引言

问题解决理论认为，对于解决一个问题，无论问题难度大小，基本都涉及四个要素：一是起始条件，二是确定目标，三是确定解决问题有什么障碍，四是寻找解答问题的方法;解决问题包括四个阶段：理解和表征问题，设计计划或寻求解答，执行计划或尝试解答，评价结果[1]。物理习题的解答过程，是学生学习物理的过程中最难的一个环节，能否解答，以及解答的完整性和准确性，不仅体现学生对物理知识点的理解程度，也体现解题思路及方法的科学性。

2.问题解决理论与物理解题的对应关系

笔者在的实际教学中发现，问题解决理论与物理习题的解答过程有着密切的

联系，它们之间的对应关系如表1所示。

3.解题案例

问题：如图1所示，水平桌面的右端有一质量为m的物块B，该物块用长度为L的不可伸长的细线悬挂，物块B对水平桌面压力刚好为零，水平桌面离地面的高度为h=5.0m，另一质量为2m的物块A以v=5.0m/s的水平初速度运动到右端，从起始点到右端的距离为S=4m，并与物块B发生弹性碰撞，已知物块A与桌面间的动摩擦因数μ=0.2。求碰撞后物块A的落地点与桌面右端的水平距离x。

第一步确定表征问题

审题：通读题目明确以下内容：（1）有A，B两个物块，质量分别为m和2m。（2）水平桌面受到物块B的压力为0，证明物块B与桌面不接触，相互之间没有摩擦，则两物块在碰撞过程中没有因摩擦而消耗的能量。（3）由于物块A和物块B的质量和体积不影响其运动状态，则可以视为质点。（4）在题目所给的图像中，明确标注了距离S，绳长L以及桌面高度h，方便理解题目。在题目中所给条件中，干扰因素很多，例如物块A与物块B运动过程中的空气阻力以及碰撞过程中的能量损失，如果不仔细思考，将无法分析物块的运动过程。

第二步寻求解答

老师：题目中所呈现的是一个可以构建的实际生活场景，对题目分析后我们能知道物块运动的过程可以分为三个阶段来进行，我请一位同学来说明一下。

学生：第一个阶段，物块A在摩擦力的作用下从起始点运动到物块B处，运动距离为S=4m;

第二个阶段，物理A与物块B发生碰撞;

第三个阶段，物块A从桌面沿着运动的切线方向飞出。

从学生的描述中可以分析出在物块运动的整个过程中可以建立三个理想化模型[3]：

（1）由于物塊A与物块B的大小和体积对整个运动过程无任何影响，所以根据理想化模型的定义，我们可以把他们看作质点模型，所以物块A在水平桌面上运动时，桌面对物块A的摩擦力是一个恒力，物块A做匀减速运动，与此同时建立了匀减速直线运动模型。故可利用动能定理列出相应数学表达式。

（2）当物块A与物块B发生碰撞时，根据题目所给的条件可得物块之间是完全弹性碰撞，所以此过程动量守恒无能量损失。由此又建立完全弹性碰撞模型[4]，则根据动量守恒可以列出碰撞前后的数学表达式。

（3）物块A从水平面飞出，空气阻力几乎对物块的运动状态不产生影响，所以建立平抛运动模型并列出相应的数学表达式。

第三步尝试运用模型解题

解题步骤：

设碰撞前物块A的速度为v，碰撞后物块A、物块B速度分别为vA、vB，且设向右为正方向