新课程理念下培养学生物理问题解决能力

方福举
摘 要:在课程改革背景下,强调基础知识的灵活运用与迁移,突出了对能力的全面考查,注重将物理基础知识与生产、生活和现实的应用相结合,特别对学生的解决问题能力有了更高的要求,而教师要通过基础知识、方法教学,建立物理模型,加强图象教学,注重物理过程分析,从而提高解决问题能力。
关键词:基础知识;基本方法;物理建模;图象图景;实验教学
提高物理问题解决能力是物理学习的主要目标之一,然而,教学实践表明,部分学生物理解题能力并不令人满意,主要表现在以下几个方面:同一类型的问题,稍做变换,却不知如何解决;看问题,尤其是不熟悉的问题,不知从何处下手;解决问题过程中有时会生搬硬套或不会灵活应用知识,还有部分学生单独各部分内容学得不错,但在综合性试题中却难以胜任,学生中常有“一听就懂,一做就错”的感慨。这些现象说明学生没有真正掌握解决物理问题的能力。那么在新改革形势下,如何指导学生分析物理问题,培养提高解决问题能力呢?这就要求我们必须转换教学观念,教学方法的改革势在必行,为此,我觉得应做如下几点。
1 掌握必要的基础知识和基本方法 ,提高物理问题解决能力
掌握必要的基础知识和基本方法是解决物理问题的必要条件,否则,就会成为“无源之水,无本之木”。达尔文说过“最有价值的知识是关于方法的知识”,研究物理问题有哪些科学方法呢?主要有分析与综合的方法、比较与分类的方法、抽象与概括的方法、科学推理等方法,在教学中应结合具体事例让学生在实践中去应用、体会、总结这些基本方法。比如:
例1 某同学质量为50kg,站在以1m/s2匀加速上升的电梯中,求人对电梯的压力。
在与同学讨论中,可归纳出用牛顿运动定律解题的一般方法:
(1)确定研究对象(对人)
(2)对人受力分析情况(如图1所示)
(3)分析运动情况(画出人的加速度、速度方向)
(4)取坐标、建立方程(先用字母式)
竖直: FN-mg=ma
(5)求解(代数法)
用牛顿第三定律说明压力大小与方向
(6)判断答案的合理性
掌握以上基本方法后,学生再遇到牛顿定律类似问题时,思维就有了一定的“方向”,就能提高分析和解决问题的能力。
同时,高中物理中用到许多的数学基本方法:函数法、微元法、比例法、极限法、矢量分析法、三角函数公式等。应用数学工具解决问题,是学习物理时最基本和重要的能力。
2 重视物理建模思维,提高物理问题解决能力
物理题目千变万化,即使掌握了基本知识和基本方法,又如何确定用哪种方法解题呢?一些物理概念、现象、过程、规律和结构乃至物理习题都是在一定的物理模型上建立和设计的,学生能否根据题意建立正确的物理模型是学生解题的关键,这就需要把具体的物理问题抽象成“物理模型”,才能有效地確定用哪些方法解题。对基本的物理模型建立掌握好后,还要注意物理模型的变化,在变化中找本质。
例2 如图2所示,静止在光滑水平面上的小滑块A和B,质量分别为2m 和m;现给小滑块A水平向右的瞬间冲量,小滑块向右运动与小滑块B发生正碰,并粘在一起,恰好能通过半径为R的半圆形光滑轨道最高点C,飞出后做平抛运动,重力加速度为g。求:
(1)小滑块在最高点C的速度大小 ;
(2)小滑块落地点到C点的水平距离。
本题第(2)问就考查平抛运动的物理模型,老师要培养学生掌握平抛运动物体的受力情况,初速度与力的夹角关系,运动速度的大小和方向变化情况,运动位移的变化情况,速度改变角的正切值与位移改变角正切值关系,水平方向运动和竖直方向运动的特点及公式化曲为直的方法。才能掌握平抛运动建模思维。
例3 (2017天津高考)如图3所示,平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅲ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍。粒子从坐标原点O离开电场进入磁场,最终从x轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。不计粒子重力,问:
粒子到达O点时速度的大小和方向。
解:在电场中,粒子做类平抛运动,设Q点到x轴的距离为L,到y轴的距离为2L,粒子的加速度为a,运动时间为t,有
本题第(1)问考查类平抛建模,但要明确改变合外力和加速度的大小和方向,不再是重力和重力加速度。可以延伸出许多变式题型。如斜面上的类平抛,水平面上的类平抛,电场中的类平抛,复合场中的类平抛,才能培养学生对物理建模深层次的认识,触类旁通,抓住问题的本质特征,提高解决物理问题的能力。
3 加强图象图景教学,培养好的画图习惯,提高物理问题解决能力
苏霍姆林斯基说过:“教会学生把应用题画出来,其意在于保证由具体思维向抽象思维的过渡”,实际上,我们在黑板上给学生讲解题目时,很自然地把示意图画在黑板上了,学生一看图,题目已解决了大半,可问题是学生不具备这种看题画图的能力,因此,在平时教学中,一定要重视示意图的画法训练。教师在讲题、布置课堂练习和考查学生时,最好要求学生将文字题“翻译”成图形,建立正确的物理情景,同时还要重视课本插图的观察和思考,领会插图的物理思想及反映的物理规律,更要注意培养学生根据题目学会审题画图、读图、把图的信息与过程变化和状态对应起来。
例4 一小车由静止开始做匀变速运动,先匀加速运动了6s,又匀速运动了12s,再匀减速运动了8s后停止,它共前进了1200m,求它在整个运动过程中的最大速度vm。
[解析] 该问题可用运动学公式计算,但较为繁杂;若通过物理图象、图景创设,问题就变得简单易懂。
此题可利用“作图法”描绘出物理情景,如图4,该图形能所围“面积”表示物体运动的位移,梯形的高即为最大速度vm,
实践证明:加强图象图景教学,养成良好的画图习惯,有利于培养学生的形象思维和自觉思维,提高解决物理问题的能力。
4 注重实验教学,提升实验能力,提高物理问题解决能力
高考物理实验题有力学和电学两部分,分值15分。实验能力是高考物理的能力要求,也是提高物理问题解决能力有效途径。
老师上实验课时经常存在几个误区:(1)以讲实验来代替做实验;(2)以多媒体展示实验来代替做实验;(3)把学生分组实验改为演示实验;(4)老师越俎代庖替学生动手做实验;(5)实验过程缺乏学生的探究过程。所以平时要注重实验教学,要发挥學生的主体地位,在实验中要使学生多动手动脑。除了教材中的实验外,老师还要注重实验的改装、实验的拓展,去提高实验能力。
例5 在用伏安法测某元件的伏安特性实验中,小张同学将采集到的数据记录在I-U坐标图上(如图5甲所示),请完成下列问题。
(1)请在图5甲中绘出伏安特性曲线,并由此图线得出该电阻的电阻值Rx= Ω。
(2)除了待测元件、导线和开关外,还有以下一些器材可供选择:
A.电压表V1(量程3V,内阻约30kΩ)
B.电压表V2(量程15V,内阻约150kΩ)
C.电流表A1(量程0.6A,内阻约0.5Ω)
D.电流表A2(量程3mA,内阻约300Ω)
E.滑动变阻器R1(0~300Ω,额定电流0.5A)
F.滑动变阻器R2(0~50Ω,额定电流60mA)
G.滑动变阻器R3(0~10Ω,额定电流0.3A)
H.电源E1(电动势为1.5V,内阻约为0.5Ω)
I.电源E2(电动势为3.0V,内阻约为1.2Ω)
根据所绘的伏安特性曲线,为了调节方便,测量准确,实验中应选用的器材是 (填器材前面的字母)。
(3)根据所选器材,按要求补充完善图5乙所示实物连线,实验前变阻器的滑片P应置于最 (填“左”或“右”)端。
本题要求学生掌握教材中描绘小灯泡伏安特性曲线实验,测电阻的伏安法、滑动变阻器的限流式与分压式接法。第(2)问很多学生选滑动变阻器G,正确答案选E。学生认为分压式连接 滑动变阻器就应该选阻值小的。却没有考虑到电流条件限制。这种将已学知识应用到未知领域,不是生搬硬套,而是活学活用,提高物理问题解决能力。
总之,教师应深刻领会新课程改革所提出的新思想,新理念,创造性指导学生培养物理解题能力,使学生学会学习、学会思维,培养学生分析问题、解决问题的能力。
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