物理習(xí)題教學(xué)中的思維變通性訓(xùn)練（安慶懷寧）

物理習(xí)題教學(xué)中的思維變通性訓(xùn)練（安慶懷寧）物理習(xí)題教學(xué)中的思維變通性訓(xùn)練（安慶懷寧）3月20日 盡管擺在我們面前的物理習(xí)題浩如煙海，模型花樣翻新，可謂五花八門，但其設(shè)計方法，大都采用變式，即依據(jù)提出的曲型（或理想化）模型交替變更提供材料的形式，設(shè)計新的模型，以顯示其物理本質(zhì)。其目的在于幫助讀者擴(kuò)大視野、加深理解、鞏固知識、增強(qiáng)思維變通性，進(jìn)而促進(jìn)創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展。
學(xué)生在練習(xí)中遇到新模型時感到陌生棘手，其思維障礙在于不善于把貌離神合的新模型與典型進(jìn)行比較，去認(rèn)識和把握新、舊模型物理本質(zhì)上的共性，從而望題興嘆，無處下手。對此，教師應(yīng)當(dāng)通過組織有效的習(xí)題教學(xué)，幫助學(xué)生在形態(tài)各異的模型分析和對比中，抽象出共性，洞察共同的物理本質(zhì)，從而跨越思維障礙，促進(jìn)其創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展，實現(xiàn)由知識到能力的質(zhì)的飛躍。
譬如：在動量守恒定律的教學(xué)中，課本中的典型模型多是以兩個相互作用的小球為例來展開討論的，但在設(shè)計試題時，卻在不改變系統(tǒng)物理本質(zhì)——動量守恒適用的條件不變的前提下，把球魔術(shù)般地演變?yōu)楦鞣N形狀的物體。請看
例1 A、B兩小車質(zhì)量都為m，它們靜止在光滑的水平軌道上，一質(zhì)量為m的人先從A車跳到B車，而后又跳到A車，來回幾次手，人又跳回A車，則此時
A.A車和人的動量大小等于B車動量大小。
B.A車和人的速率小于B車速率。
C.在此過程中，兩車和人的總動量守恒。
D在此過程中，兩車和人的總動能守恒。
在這里，習(xí)題所提供的模型與課本提出的典型小球相比，已面目全非。但我們?nèi)舭杨}中A車與人視為甲球，把B車視為乙球后，就不難發(fā)現(xiàn)，人在兩車之間盡管來回幾次跳來跳去使人眼花繚亂，這不過是施行障眼法，借以擾亂你的視線，干擾你的定勢思維。其物理本質(zhì)是：人從兩車間跳來跳去仍等效于兩球的相互作用，仍未跳出動量守恒定律，照樣適用這一物理本質(zhì)上的共性。一旦明確了這一點，學(xué)生的思維就立即變得開朗流暢，其結(jié)論顯而易見：A、B、C正確。
例2 質(zhì)量為m的光滑斜面靜止在光滑的水平地面上，另一質(zhì)量為m的滑快A以初速度V滑上斜面底端：
A.若能越過斜面,則它落地速度為V。
B.若B不能越過斜面，斜面速率小于V/2。
C.若A不能越過斜面，則它滑回到地面時速度與初速方向相反。
D.若A不能越過斜面，則它滑回到地面時，斜面速度為V。
對于此題，同樣地，我們?nèi)钥梢园鸦瑝KA和斜面B等效為兩個質(zhì)量相等的彈性球相作用，它們遵從的物理規(guī)律（動量、能量守恒）仍不變，即二者在相互作用中不斷地傳遞著動量與動能，而系統(tǒng)總動量不變。由此，讀者很快即能得到答案：B、D。
可以說，變式的運(yùn)用幾乎所有中學(xué)物理習(xí)題里都得到體現(xiàn)。如在電磁感應(yīng)教學(xué)中，關(guān)于楞次定律的應(yīng)用習(xí)題，其母式（典型模型）是以條磁鐵與線圈的相互作用來展示其物理性質(zhì)的。
例3 如附圖，閉合金屬圓物從高為h曲面頂端自由滾下，又沿另一面滾上，非勻強(qiáng)磁場沿水平方向，環(huán)平面與運(yùn)動方向均垂直于磁場，環(huán)在運(yùn)動過程中磨擦阻力不計，則：
A.環(huán)滾上的高度小于h。
B.環(huán)滾上的高度等于h。
C.運(yùn)動過程中環(huán)人有感應(yīng)電動勢，無感應(yīng)電流。
D.運(yùn)動過程中環(huán)內(nèi)有感應(yīng)電流。
上面例中，我們看不典型模型中的磁鐵與線圈了，可謂面目全非。但我們把它與典型模型加以比較，對其進(jìn)行去偽（表面形狀）存真（物理本質(zhì)）的分析，就不難看出其共同的物理屬性而顯示出其廬山真面目。在例3圓環(huán)從曲面自由滾下又沿另一曲面滾上的過程中，同樣等效于一條形磁鐵一端靠近或遠(yuǎn)離線圈的情形。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場擇引起感應(yīng)電流磁場變化的阻礙作用。當(dāng)它滾至最低點時的速度必小于沒有磁場時的速度；而在上升中同樣受到阻礙作用，因而回升高度h′必小于h（若從能的轉(zhuǎn)化與守恒定律考慮，其結(jié)果的產(chǎn)生更簡捷，即mgh=mgh′+Q，所以h>h′）故正確答案是A、D。
限于篇幅，僅舉以上幾例。
通過上述例析，我們可以得到這樣一個解析通過變式的物理習(xí)題方法，都就是：反變式過程（從典型到一般）之道而行，從一般的模型中去發(fā)現(xiàn)、分析、對比，從中抽象與已知的典型模型所具有的共性——物理本質(zhì)，然后選擇反映這種物理本質(zhì)的物理知識（概念、規(guī)律、理論等）進(jìn)行解答。從這種“分析、對比、選擇、解”答過程中去加深對所學(xué)物理知識的進(jìn)一步理解和掌握，從而得到思維變通性的訓(xùn)練，進(jìn)而促進(jìn)創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展。

（載波年《復(fù)旦學(xué)報》自然科學(xué)版增刊號第八屆八華東六省一市物理年會交流論文）

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