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第11章 物理教学学法指导(4)

在物理教学中,会常有学生急匆匆地跑到老师办公室来问题目解法,显然他已反复思考,“百思不得其解”。但老师往往只要在草稿纸上,把题意用示意图简单描绘一下,稍加点拨,学生就会恍然大悟,兴冲冲地返回教室去了。这是因为,他原先的思考仅局限于物理规律与公式之间的抽象思维范围,对题目所提供的大量的、非常重要的形象信息忽略了。而老师的点拨,仅在于把题目中的形象信息更具体化,使学生感到无限启迪。实际上,物理学科是建立在实验操作基础上的理论体系。而物理问题也往往是建立在形象图式基础上的具体问题。一旦找到相应的形象信息与抽象信息(物理规律)的连接点,“一点就通”。

所以,我们在解题中,常常必须调用存储在大脑中的形象化信息。如上课见到过的各种实验装置,各种运动规律,各种物理现象,各种模型、挂图、照片,各种影像资料,使大脑把与题目相关的形象信息和题目中所给出的形象化信息相结合,在脑中“显现”出来,或在草稿纸上把相关图示画出来。使图景像真的一样出现在自己的眼前,这个过程,可以把它叫做“见物”。“见物”的时间有时会长一点,有时可能一瞬间,这要由图示结构或运动形象信息的复杂程度和熟悉程度来决定。

所以,“见物”往往是物理解题思维的第一道关口。如果由于平时形象信息储备不足,对题目所提供的物理环境,物理装置,物理运动过程无法想像(即无法“见物”),那么,解题就遇到了思维障碍,也就会产生“百思不得其解了”。这里也说明了平时物理教学中,“以物讲理”的重要性。

2.“思理”是理性抽象思维的过程

为什么在抽象思维前面要加“理性”二字呢?抽象思维不一定是理性的,如绘画中的抽象画作品,十分抽象,但不属于理性范畴。而是一种感性体验的表达。同样,形象思维也不一定是感性的,物理学和许多自然科学中的形象化信息(如数学中的函数图像),就是十分抽象的。

物理解题的第二个关键步骤是“思理”。在学生运用形象思维形成清晰的物理图景后,接着用抽象思维(如物理规律、物理原理、物理方法、物理公式和物理解题技巧等)和“见物”时获得的物理形象图景相结合,经思维加工,形成了解题的思路和方法。所以,物理解题的操作策略是:见物(建立物理图景)一思理(寻找解题规律)。举例请见“二审三结合”一段的最后一个例题。

二、“二审三结合”的学法指导

“二审三结合”是物理练习的基本操作流程。物理练习常以题目的形式出现,常见的题型有:选择题(单选或多选等)、填空题、作图题、实验题、计算题等。其中以计算题的要求最高、最全面。而在学生练习中,也是计算题的回答存在问题最多。解题的书面表达是否规范,显示了学生的物理思维水平、解题技巧和书面表达能力。现在不少地方考试以及高考中,对计算题都改称“计算论述题”,对计算题的解题提出了更高的要求,即不仅要能运用相关原理公式去准确地分析计算,还要求把计算与物理原理、物理依据的表达结合起来,边论述,边说理。这时,更需要物理教师加强对学生的解题指导,这类指导中除了包括物理规律的应用,物理公式的应用和计算技巧之外,更应强化关于把计算与论述结合起来的规范化表达的训练。

可以把“计算论述题”的操作流程归纳为:审题(包括“见物”与“思理”)一表达(图形、文字、计算三者的有机结合)一审答案(是解题全过程的“反思”)。现分别叙述如下,简称为“二审三结合”。

1.要认真审题,做到“见物”和“思理”

从起点班(初二或高一)开始学习物理时,就应及时指导学生在物理练习时认真审题。审题是解题的第一步,也是关键的一步。如果审题有误,后面做得有多好、多快,都是无用功。特别在高一开始,高中物理的题目难度与解题要求有大幅度的提高,可能出现学生的形象思维能力(见物能力)、抽象思维能力(思理能力)和书面规范表达能力一下子都上不去。这就迫切要求教师及时地、有耐心地、有计划地对学生进行物理解题(特别是计算论述题)的学法指导。

审题一般经历以下三个阶段:

(1)读题——物理题和数学题有一个显著的差别,就是物理题中更多地采用文字来描述物理环境、物理条件、物理过程和物理现象。有时还结合必要的文字符号、数据和图形。不像数学题,大多是由文字符号和数据所构成。因而,做物理题第一步读题时,就得把文字一句旬地反复阅读。不仅为了找出什么是已知量、未知量,更重要的是在于分析题意。找出题中的隐含条件,明确研究分析的对象以及运动过程,找到“题眼”。

读题时,一定要把文字描述与图形配合起来理解。切忌见数字就忙着代公式,代公式就急着求答数,有了答数就万事大吉。这就把活题做死了,是初学者的通病。

(2)见物——就是把题中提供的物理环境、物理条件、物理过程和物理现象与平时自己在学习中接触过、见到过或动手操作过的物理环境、物理条件、物理过程和物理现象相对照、比较、分析,使题意更清晰地“显现”在眼前,像“过电影”一样出现在脑海中,充分发挥大脑形象思维的想像力。这种根据题意描述的物理过程展开的想像或联想的能力高低,与平时对课堂物理演示实验和学生实验的观察和动手能力的高低密切相关,也与平时对生活、生产和自然界的物理现象的关注程度有关,也与该生的想像力、形象迁移能力的高低有关。

“见物”到一定的具体化程度后,就可以试画草图。把题意中的形象化因素具体化起来,并在图上相应部位标上适当的符号,成了一幅“见物”后的题意形象化示意图,它将有效地帮助学生进一步深入地进行分析。

有不少学生“见物”能力低下,读了题怎么也想像不出这个物理过程是怎么样的,也建立不起正确的物理模型,无法作出草图,形成了进一步分析的障碍。北京师范大学物理系教授赵凯华先生在《新概念物理》一书的序言中指出:“学习物理,就是要对物理问题建立自己的物理图像。”这对大学生学物理是重要的,而对中学生学物理就更重要,在中学时代打好“建立物理图像”的基础,才能在今后更高层次的物理学习中,发挥想像力与创造力。

(3)思理——就是根据自己建立的草图,做进一步的具体分析,如用什么物理规律去分析,如何建立对应的方程组,采用什么单位制,如何列方程求解,如何运用数学知识解决物理问题等等,建立一条具体的解题思路。这是解题过程中最核心的一环,要严格做到列式有据、条理分明。

2.要清楚表达,做到“图、文、算”有机结合

解“计算论述题”,要立足于养成良好的分析、解决物理问题的习惯。“如怎样将用文字形式表述的试题‘翻译’为一个标准化的物理模型,如何确定研究对象并画出受力图或过程草图,怎样将一个复杂的物理过程分解为若干个简单的子过程,如何用科学的语言进行说理和表述等。”这些基本的解题能力与习惯,要在平时教学过程中,有意识地进行培养和训练。这种解题能力,集中反映在书面表达的规范化要求上,即做到“图、文、算”三者有机结合。

(1)图——即物理图像。我们在解题中,常常会遇到各类图形。有的题明确指出要作图示意,或要求作图分析,有的还要求直接用函数图像求解。图形的种类很多,如装置图、原理图、轨迹图、函数图像等;力学有力的图示、物体受力分析图、运动轨迹图、位移图线、速度图线、加速度图线等;光学有光路图;电学有电路图、实体线路图等;还有种种反映物理量变化规律的函数图像。

提高学生作图分析能力,是提高物理解题能力的重要一环。学生在解题中,往往懒得作图或不重视作图,也不会利用图进行分析解题。马马虎虎画个图,图不达意,对解题没有发挥应有的作用。教师在物理学法指导中,应反复强调建立物理图像对学习物理、分析物理现象、提高解题能力的重要意义。必须培养学生规范作图,提高作图能力,发挥图示的作用。

作图,在物理教学中没有独立的章节。但我们在教和学中常常要用到它,在解题分析中离不开它。在教学中,常要求学生在上课时和教师同步作图,教会学生作各种物理图示。这样学生能看清规范的作图步骤,养成了规范作图的好习惯,训练了学生的作图能力。这样学生在平时练习时,就能自觉地规范作图。有的老师要求学生规范作图,而自己在上课时,在黑板上随意作图,没有起到应有的示范作用和榜样作用,学生在课后作业中。随意乱画的现象的出现也就非常自然了。

(2)文——就是解题中必须有的文字表述。用正确的物理语言说明解题的理论依据,描述题中涉及的物理现象,论述解题中运用的物理规律或对解题中获得的某个结论进行文字分析讨论等。这在学生解题中感到特别困难。究其原因,大概是在日常学习中,缺乏对物理课本中的文字论述的重视,读书太少。在平时教学中,回答教师提问或小组讨论时,也不是规范地、完整地进行物理语言的表述。因而导致在解题中,运用物理语言表达时感到很生疏。有的学生把物理题当作数学题解了,列出公式、代人数据、获得答案就完事了。

所以,在日常教学中,教师要指导学生用规范的物理语言进行书面的或口头的表达。这在物理学法指导中,占有非常重要的地位。

为了引起学生对物理语言的规范应用的重视,可以要求学生对比物理课本与数学课本的差异。在物理课本中,除了插图,都是大段的文字论述和说明,语言文字的表述占了特别大的比重。可见文字在学习物理和表达应用中的重要作用。而在数学课本中,多数是符号、数字与图形,文字论述比物理课本中要少得多。

在物理解题中,应指导学生:凡有关列式的依据、题设的条件、物理量的假设、讨论的展开、结论的分析、答案的完整表述,等等,都要正确地使用物理语言,规范地用文字加以表述。否则,物理解题的过程是无论如何表达都是不清楚的。

我们平时在作业中强调文字表达的规范要求,不仅对当前的物理学习质量有明显的好处,而且对今后学生升学或就业,乃至从事科学技术研究工作,总结报告和学术论文的写作,都打下了坚实的基础,真正提高了学生的分析与表述的素质。

(3)算——就是指物理解题中的计算。学习和研究物理学有两大基本方法,一是实验方法,另一就是理论方法。而理论方法就是要寻求物理规律的数学模型,这是物理学作为定量科学的重要标志。

在物理教学中,特别在解题训练中,要注意提高学生“运用数学知识解决物理问题的能力”,即指导学生将物理模型转化为数学模型,把物理条件转化为数学条件,以及运用数学定量分析的方法去解决物理问题。

一般学生都比较重视物理题中的计算部分,而且高中生所具有的数学知识应付物理练习中的计算是绰绰有余的。但实际上,数学知识能力的水平是一回事,能不能顺利地运用数学知识解决物理问题,则是另一回事。学生在解题中感到“列式无门、运算无方”的现象还是常常存在的。

计算在物理学习中的作用,可以从以下几个方面去予以说明:

a.理解数学是描写物理时空关系的最科学、最精确、最抽象的语言,是学习物理不可缺少的有力工具。

b.理解数学是发展物理理论的最有力的工具。数学方法是探究物理新现象,描述物理新规律的有力工具。

c.理解数学是把物理知识应用于科技工程和日常生活的有力工具。随着计算技术的发展(特别是计算机科学日新月异的高速发展),物理的理论分析和复杂的定量分析及应用,才有可能。

但不论怎么说,对学习物理来说,数学仍然只是一种工具。解物理题不同于解数学题。解物理题仍然着重于对物理现象、物理状态和物理过程的分析,着重于对“物”的更深层次的了解。

而且,运用数学工具解决物理问题时,常常还会遇到一些在数学学习中不曾出现过的问题,如正负号的物理意义,有效数字的计算要求,物理量的单位换算,矢量方向的物理描述,实验的误差分析。答案数值的物理意义,等等。物理教师在教学中必须一一作出适时的指导。

总之,物理作业中强调“图、文、算”三者的有机结合,是物理解题中规范表达的一种形象化的简要说法。其内中的种种关系,还有待于老师们在物理教学中不断探索、研究和发展。对学生中屡屡出现的审题马虎、遗漏条件、图不示意、图文不配、字不达意、列式无据等不规范的现象,都是“图、文、算”分离造成的结果,都是非规范表达的结果。教师必须加强物理规范解题、规范表达的指导。真正做到“图、文、算”的有机结合,是要经过反复指导和训练的。

3.要审好答案,做到物理结论清楚明白

不少学生在解答物理题时,急于寻求答案。一旦得到一个答案。无论是数字的还是文字的,就心满意足,以为解题大功告成。殊不知,很可能好不容易得到的答案是不合理的,甚至错误的。所以,解题最终要“审好答案”,是非常重要而必要的一步。

审查答案要做到“二通”,即“物理原理通”与“文字语法通”。物理答案要从物理原理上是合理的。有时,解题答案中会出现诸如“人行每秒几百米”、“烟囱高达数千米”、“摩擦系数大于1”、“媒质折射率小于1”等不科学的现象,应在审查答案科学性时被发现。答案中的数值或文字符号关系的审查,要对计算进行复验,才能确认正确与否。

而对答案中的文句描述,要求文句通顺,合情合理。学生在物理答案书写中文理不通、不合情理的现象是屡见不鲜的。

在审查答案时,有时还要“咬文嚼字”。例如:矢量后面要写明方向,这是常规。但有时,把方向写正确也不容易,也会出现“五花八门”的写法,例如,在教科书上有题:“已知无风时跳伞者的着地速度是5.0米形,而在风速为4.0米/秒(方向水平向东)时,着地速度是多少?”此题分析计算极为简单,但在跳伞者着地方向的描述上却多达八种,即“南偏东38°”、“下偏东38°”、“和竖直方向成夹角38°”、“和水平方向成夹角52°”、“和竖直方向成夹角38°偏南”、“和地面成夹角52°”、“和水平方向成夹角52°偏南”、“和水平分速度成夹角52°”等。可惜的是,以上八种关于方向的描述都是错误的。从这个例子可以看出,在物理解题中,哪怕是仅仅几个字的文字表达,也必须认真推敲其科学性,研究其物理意义的正确表达。上例中正确的表述应该是“跳伞者的着地速度方向是和竖直方向成38°夹角,偏东斜向下”。

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