对高中物理解题思维方法的探究与运用

◇ 浙江 孙群洁

物理解题能力是学生综合运用物理学科知识、方法,对物理问题、物理现象或者规律进行研究、分析并加以解决的能力,既涉及学生的记忆能力,更涉及学生的理解和运用知识能力．《全日制普通高级中学物理教学大纲》明确指出,要“让学生认识到,解题要经过独立思考,不能机械地套用某种类型,这样才能切实有效地提高能力”．因此,高中物理教学过程中,教师必须紧紧围绕高中学生的学习能力和学习进展,从解题思维方法的培养与锻炼入手,努力培养学生的解题习惯、解题技巧和解题能力,帮助学生强化对物理学科知识、概念和规律的理解,使学生掌握正确的学习方法,独立自主地钻研问题,领会研究问题的方式和方法．

1 解题思维方法的重要意义

习题教学是中学教育,尤其是数学、物理、化学等理科教育中的重要教学方法,对于帮助和指导学生深化和巩固已学知识、增强学生运用知识分析和解决问题的能力,有着十分重要的作用．在传统教学中,习题教学是理科教学的重要组成部分,甚至存在“题海战术”的倾向．随着现代教育理念的不断转变,特别是素质教育思想的深化,习题教学的理念与方法也发生了明显的变化．当前,物理教学过程中的解题思维方法不再只是为了解题或者熟练运用某种公式,而是更加注重学生物理学科思维体系的构建,以及对物理知识、规律的深入理解．因此,高中物理的习题教学不能只看重解题的结果,更应关注解题的思维与方法,关注学生分析和解决问题的过程,引导学生更加深刻地理解物理、探索物理,促进学生物理学科核心素养的全面提升．

2 解题思维方法的具体应用

结合具体教学活动中的案例或者事例,本文拟从图形解析、思维导图、变式训练等方面,对高中物理解题思维方法进行探究,分析其在具体教学环节中的实践运用．

2.1 图形解析法

图形解析法将数字与图形相应结合,使单纯的物理学概念、数据变得更加直观而清晰,增强学生对相关物理知识的理解程度,提升解题效率．在高中物理教学过程中,图形解析法是相对简单且直观的教学方法,对于分析和解读一些相对抽象的物理试题,以及涉及同类数据较多、容易出现数据应用错乱的题目,有着十分重要的作用．数形转换、图形结合的方法,虽然对相关物理量进行了变化调整,但其物理规律的本质仍然不变．

例如,在万有引力定律教学中,万有引力本身是无法直接观察的物理现象,行星运动更是遥不可及的太空现象,对学生的抽象思维和理解能力有着一定的要求,而教师可以采取图形解析的教学方法,将行星、引力等以图形方式予以展现,从而帮助学生更加直观地感受能量的增、减等变化．

例有一个质量为M、半径为R、密度均匀的行星,距离其表面R处有一个质量为m的质点,M对m的万有引力为F1,当从M中挖出一个半径为R/2的球形空间时,余下部分对m的万有引力为F2,求F1与F2之间的关系．

分析对于这道抽象的行星引力变化试题,多数学生由于想象能力有限根本无法理解．此时,教师可以指导学生采取图形解析的方法(如图1),摆脱行星、引力等物理学概念的束缚,将试题转化成为若干球体之间的几何关系,以大小不同的球体表示行星、球形空间等物体,并将相应的试题数据标注在球体上,使物理规律题演化成为数学几何题,有效降低试题的理解难度和解决难度．

图1

通过图形转换,学生可以更加直观地分析试题的内容及其要求,形成以下解题思路：质点与大球的中心之间的距离为2R,由万有引力的计算公式有

则余下部分对质点m的万有引力

由此可得F1与F2之间的比例关系为

2.2 思维导图法

在物理学习过程中,由于学科涉及的知识面较广,力学、电磁学等诸多知识既存在相互联系、又有一定的区别,往往容易让学生在认知和理解方面产生混淆,进而造成在试题解答过程中误用公式、概念乱搭等问题．究其原因,主要是学生在物理学习过程中贪多或贪快,机械地采取背诵或题海等方式进行学习,导致没有对物理学科形成系统的认知,进而影响了具体解题过程中思维方法的运用．因此,在高中物理教学中,教师和学生都应当秉持“磨刀不误砍柴工”的思想,在日常学习过程中加强对相关学科知识体系的理解和构建．采取思维导图这一行之有效的教学方式,可以使学生逐渐形成对物理知识的体系认知,进而更好地理解和领悟物理知识,从而在后续的解题过程中形成更加科学和系统的解题思维,提高解题的效率和质量．

例如,在机械能守恒定律的学习中,学生此前已经学习了相关的力学知识、能量知识,对力与功、功与能量之间的关系形成了初步的认知,但在进行机械能学习尤其是机械能守恒定律的理解时,往往会在动能、势能以及重力、机械运动等概念认知中陷入混乱,从而在解答试题时忽视某个或某些能量及其转化关系,造成失分．因此,教师可以以机械能守恒定律为核心,将其与能量守恒定律进行全方位的联系,逐渐延伸出功能关系、能量守恒定律、机械能等相关知识点,以点带面形成机械能守恒定律的知识体系架构,以便在解题时能够清晰地看懂题目所要表达的含义及需要计算的相关数据(如图2)．

对于学生建构的思维导图,教师要发挥支持和引导的作用,鼓励学生不断更新和完善自己的思维体系,指导学生找出自己的错误及其原因,切忌代替学生建构．只有将课堂和学习交还给学生,建立“以生为本”的核心学习体系,才能最大限度地激发学生的学习热情,使解题思维方法由战术运用变成战略思想,促进学生物理学习向纵深发展．针对学生在试题练习过程中出现的差错,教师应当及时进行反馈,不必拘泥于试题本身的错误,深入了解学生思维导图建构的困难和缺陷,尽早帮助学生完善自己的物理认知体系,必要时可以调整教学进度、改进教学方法,促进学生的全面进步和长远发展．

图2

2.3 变式训练法

高中物理的知识点不仅涉及内容较多,而且同一个知识点在不同的条件下有着不同的用处,因而在进行物理教学时切忌固化思维,更不能让学生形成知识点“一对一”的错误理解．因此,教师在进行解题思维方法教学与运用时,有必要采取变式训练的方法,引导学生进行“一题多解”和“一题多变”,通过适当变化试题的形式、内容及解题思路,激发学生的学习兴趣和发散性思维,使学生在同一组物理试题的练习过程中既能有效强化知识点,又能拓展知识面,实现学习深度与广度的均衡发展．

所谓一题多解,就是在物理试题设计时提供更多的条件与数据,使学生既能够通过A方法进行试题解答,也能通过B方法进行解题,而不同的方法涉及的知识点既有相同也有不同,从而引导学生对知识体系进行全面复习、融会贯通,不断拓宽学生的解题思维方法．所谓一题多变,是指对已经设计好的物理试题,通过改变个别变量条件、数据、背景资料等方式,在帮助学生更好地掌握物理知识点和解题规律的同时,不断强化学生的审题能力,使学生在解题时能够保持高度集中的注意力,避免因疏忽大意而出现错误．

例如,在进行机械运动解题练习时,教师可以按照如下方式设置问题．

如图3-甲,小球沿着圆环的弦下滑到最底端时,不同的路线用时是否相同?然后将题目进行微调．

例如,图3-乙中小球的起止位置颠倒、图3-丙中小球运动路径变成两个圆环等．学生在反复多变的练习中感受物体在不同环境下的运动状态,并结合解题总结出运动规律,形成自主思考的解题思维方法,取得事半功倍的学习效果．

图3

在变式训练教学过程中,教师必须充分发挥自身的教学素养,有效调动学生的主观能动性,不能将一题多变简单地等同于改变试题数字或者条件,而应将物理学科的相关知识点融入试题的变化当中,使每一道试题都能够考查、巩固学生的某些知识点．当学生已经基本掌握并且能够较好解答教师提出的问题时,教师可以引导学生自行开展一题多解和一题多变练习,让学生自己对例题进行条件或者内容的修改,再自行答题或者与同学互换答题,从而更好地调动学生的学习兴趣,使学生在主动学习中实现主动思考的深层目标．

综上所述,现代教育教学理念对学生的学习思维、学习习惯、学习能力等给予了高度的重视,核心素养培养也已成为教育界的共识．在高中阶段,虽然学生面临着高考的严峻考验,但教学活动不能再走过去“题海战术”的老路,教师应当重视学生解题思维方法的培养,努力增强学生的物理思维与物理意识,帮助学生逐渐形成对物理学科的认知体系,提高学生由表及里、举一反三的解题能力,使学生在熟练运用已有知识解答试题的基础上,有效提升逻辑思维能力和分析问题、解决问题的能力,促进学生物理学科核心素养的全面发展,引导学生在物理学习和研究的道路上逐渐走向深入,为国家和社会培养更加优秀的人才．