论高中学生物理思维偏差的精准诊断与矫正_罗攀.pdf

第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023130论高中学生物理思维偏差的精准诊断与矫正罗攀，张胜倬，贾鑫（攀枝花市第七高级中学校，四川攀枝花617000）摘要：高中生运用所学物理知识解决问题出现偏差的原因很多，老师若不能精准诊断，只是泛泛而谈，或者只是把问题解决过程重述一遍，至多只能说学生记住了解答，并没有做到真正理解，更不能说知道自己错在何处，在新情境背景下再遇到类似问题依然解决不了，也就是说问题解决能力没有得到提升。作为教师要想当好学生学习的脚手架，不是帮学生一个个把问题解决（实际上这是不可能的），应当是对学生出现的偏差进行精准诊断，然后对症下药，弱则强之，虚则实之，拙则巧之，然后久安（解决根本问题，教会方法，学会自己解决问题）。关键词：高中学生；思维偏差；精准诊断；矫正中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-7551(2023)01-0130-040引言科学思维作为物理学科核心素养关键主题之一，在解决学生实际问题中有着重要的作用。基于学生核心素养的物理学科能力研究 指出，科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判、检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格1。由此可见，物理问题的解决质量取决于学生思维品质。本文以人教版高中物理教材为例，针对高中学生物理思维偏差的精准诊断与矫正展开了论述。1教材练习与应用普通高中教科书 物理 选择性必修第一册 第一章动量守恒定律第三节动量守恒定律“练习与应用”第 16 页：6.细线下吊着一个质量为 m1的静止沙袋，沙袋到细线上端悬挂点的距离为 l。一颗质量为 m 的子弹水平射入沙袋并留在沙袋中，随沙袋一起摆动。已知沙袋摆动时摆线的最大偏角是，求子弹射入沙袋前的速度2。解：设子弹射入沙袋前的速度为 v0，射入沙袋后共同速度为 v1，则根据动量守恒定律得mv0(m1+m)v1（）根据几何关系以及机械能守恒定律可得1211121()()(cos)mm vmm gl+-=（）联解以上两个方程得vmmmgl0121=+-(cos)（）收稿日期：2022-12-20通讯作者：第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 20231312问题评析及学生的偏差2.1建模意识淡薄，经验与问题情境关联不强在高中物理教学中，物理模型在学生物理问题解决过程中非常重要。以动量守恒定律第三节动量守恒定律“练习与应用”为例，这是一道教材习题，难度不大，但是对于初学动量者还是出现了一些问题。过去学习的一直是一个物体（研究对象唯一）运动的情况，而碰撞问题首次出现了两个物体相互作用的物理过程。一些学生不适应，还是习惯从旧知识、旧经验的角度思考问题，并没有对现象及过程作深入思考，没有养成抽象概括物理本质的习惯，也没有养成收集、运用证据的习惯。该题，子弹射入沙袋并留在沙袋中，显然这是典型的动量守恒的物理模型。子弹留在沙袋中之后随沙袋一起摆动，只有重力做功，物体的动能、重力势能发生改变，这是典型的机械能守恒物理模型。但是学生不能从二者相互作用远远小于沙袋重力、空气阻力忽略不计、只有重力做功等特点出发建构物理模型，导致已经习得的知识不能与问题情境关联使问题解决出现偏差产生障碍。2.2证据收集、整理、运用能力弱证据收集、整理的培养能够促进学生科学思维能力的发展。然而，笔者在自习课上对班级进行巡视时，发现某班有十余个学生咨询该题，说明班上大部分学生在解决该问题时存在问题。进一步访谈发现，很多学生是把子弹留在沙袋后的运动当作圆周运动去处理，然后拼命受力分析试图求出向心力等，一步出错步步皆错，使得问题不能顺利解决。为此，引导学生对子弹留在沙袋后的运动进行分析。子弹与沙袋一起的运动是什么运动？子弹射入沙袋并留在沙袋中一起摆动，按照线不伸长情况下的轨迹可以判断沙袋的运动是圆周运动。又由于沙袋摆动过程中重力做负功动能减小速度减小，故沙袋做速度减小的圆周运动，不是匀速圆周运动。也有的学生由于在教辅资料上见到过当偏角较小时可以认为弧长等于弦长，于是提出能不能把沙袋的运动当作匀减速直线运动来处理。通过受力分析得到切线方向的力 F mgsin，大小不断在改变，且方向也在不断改变，不能够看作匀减速直线运动。同时，该过程中沙袋的偏角小还是不小无法确定。讨论向心力的目的是什么？在最低点，设细线的拉力为F，则Fmm gmmvl-+=+()()1112 （）在最高点速度为零，不需要外力提供向心力。在由最低点运动至最高点的过程中Fmm gmmvl-+=+()cos()112 （）通过上面的分析，发现把沙袋当作圆周运动来处理对于问题解决一点用处都没有，而且在由最低点运动到最高点的过程中由于夹角和速度未知，向心力也不能够确定。通过这个过程告诉学生当我们作出任何一个判断时一定要有依据，不能凭感觉，要学会用证据来佐证我们的观点，否则不要轻易下结论。这一点就像警察对案件进行推理分析一样，只讲证据，不讲感情，唯有如此才能见到真相。3变式及拓展3.1变式一细线下静止悬挂着一个装满沙子的沙袋，其质量为 m1 1kg，细线上端悬挂点到沙袋（可视为质点）的距离为 l 12.8m。一枚质量为 m 8g 的子弹沿水平方向把沙袋射穿。其后，沙袋摆起时悬线与竖直方向的夹角是=300，求射入沙袋前子弹的速度。（g 10m/s2）解：设子弹以速度 v0入射沙袋，射穿沙袋后子弹的速度变为 v1，子弹射击后沙袋的速度为 v2，第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023132根据动量守恒定律得mv0 mv1+m1v2（）根据射击过程动能守恒得12121202121 22mvmvmv=+（）根据沙袋摆动过程机械能守恒得1211 221mvm gl=-(cos)（）联解以上三个方程得v0500m/s （）3.2变式二细线下方静止挂着一个装满沙子的沙袋，其质量为 m1，细线上端悬挂点到沙袋（可视为质点）的距离为 l，沙袋到地面的距离为h。一枚质量为m的子弹沿水平方向入射沙袋并留在其中，随沙袋一起运动。细线在子弹射入沙袋瞬间被烧断，子弹入射前沙袋到落点的距离为a，求射入沙袋前子弹的速度。解：设射入沙袋前子弹的速度为v0，射入沙袋后共同速度为 v1根据动量守恒定律得mv0(m+m1)v1（10）根据平抛运动规律得hgt=122（11）x v1t（12）根据几何关系有a2 h2+x2（13）联解以上四个方程得vmmmgahh012222=+-（14）4对高中物理教学的启示4.1增强学生建模意识，提高建模能力物理课堂教学观念的转变，很大程度上取决于师生能不能实现由“解题”向“解决问题”，由“做题”向“做人做事”的转变。抽象概括物理现象、过程的本质，建构科学的理想模型是解决高中物理问题绕不开的环节。要想增强学生建构物理模型解决问题的意识，首先要让学生理解理想模型的概念，会辨别高中教材中出现的理想模型。其次是体验建构理想模型的必要性。为什么要建构模型，不建构模型能不能解决问题，这样的事情要让学生在问题解决实践中去经历模型建构的过程获得真实的感受，而不是说教。再次是练习将真实情境下的物理对象抽象、过程抽象概括建构理想模型。通过一定量的练习，使学生掌握建构模型的方法，体会到物理建模过程中那些“只可意会不可言传”的东西。4.2增强学生证据意识，提高证据收集、运用能力经验是每个人解决问题的前提和基础，学生解决物理问题也不例外，同时经验还是学习的基础。在新情境背景下，完全依靠经验往往又不能解决问题，或者解决不好问题。当学生面对新情境新问题时通过观察、分析、综合、推理等然后作出判断，那么这个判断是凭经验，凭感觉，还是有理有据非常重要。这就需要老师在平时的教学过程中作出示范引领，不论是生活，还是工作，每每作出评价，给出结论，作出判断，都要做到以事实为依据，以规律为准绳，不可妄断、武断，同时引导学生学会对自己的思维轨迹进行监控。“思维监控是指学习主体对问题解决或本身探究过程进行总结、反思和评价，它有利于控制和规范学习主体的思维经历，有利于促进学生个性思维策略的形成”3。在解决实际问题时，还要以典型案例为基础，展示如何收集、整理第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023133以及运用证据，让学生实现从模仿到创造，从理解到迁移应用。4.3培养学生独立思考习惯，提升科学思维品质过去总是提倡不懂就问，长此以往学生提出问题变得非常随意，提的问题也越来越肤浅，越来越没有价值，这对学习，尤其是高中物理学习极其有害。在教学实践中也发现大多数学生问老师问题时很害怕老师反问：文字读懂吗？情境熟悉吗？基本概念理解吗？基本规律掌握吗为了不打击学生的积极性，普遍情况下老师都会避免提问而小心翼翼地给出完整解析。使得学生懒得追问解析背后的根本原因，而是机械记忆，效率低下4。作为物理老师应该看到这种做法对学生的危害，应当想办法转变方式，既不打击学生积极性，又能够让学生提出高质量的问题。实践表明，让学生以合作伙伴的身份加入你组织的讨论，或者加入你的研究过程，甚至让学生参与教师教材分析、实验演示、实验改进、课题研究、作业批改、论文撰写等过程，对于培养学生独立思考，积极发表见解具有重要促进作用。学生要在教师主导下积极参与、主动建构，由此获得教育性发展，不能囫囵吞枣呆板死记。通过持续努力，学生循序渐进涵养自信，敢于质疑批判的品质实现量到质的飞跃，坚持真理挑战权威的意识得到增强，自主发展的能力自然得到提升。参考文献1 郭玉英,姚建欣,张玉峰,等.基于学生核心素养的物理学科能力研究 M.北京：北京师范大学出版社,2017.2 人民教育出版社,课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理选择性必修第一册 M.北京：人民教育出版社,2020.3 黄多智.增强物理建模意识 解决好多过程问题贵州省 2021 年适应性测试理综第 25 题赏析 J.理科考试研究,2021,28(23):43-47.4 黄多智,肖佩瑶.摩擦有不同，滚动滑动要小心以贵阳市四校 2021 届第 3 次联考理综第 25 题为例 J.物理教师,2021,42(06):82-84.（上接第111页）习题实验化实践总结：实验表明，通过取很短一段时间内杆上、下两端点的速度之比近似等于运动过的距离之比，可得图 9（a）所示情况两端点速度关系满足vv=tan上下。通过实验结果，引导同学们应用绳、杆连接体的速度关联分析思想进行逆向推导以上结果，让学生能同时从实践和理论的角度应用所学知识解决物理问题。2结语在“三新”改革正进行得如火如荼的今天，习题教学不能只局限于应试层面，甚至走向题海战术或猜题、押题的道路。利用习题教学培养学生的物理学科思维、学科观念、科学态度，提高问题解决能力，才是物理教学的目标3。那么如何在习题教学中进行改革创新，自然要求教师要打破老旧的习题教学模式。对于习题教学中基于实际问题而抽象出来的大量物理模型，个人认为不应局限于语言层面的分析和总结、机械性的重复训练，而更应该重视学生的理解与体验，给学生更多见识真实的物理现象和过程的机会，本文以力学模型实验化为例给大家提供一个教学参考。参考文献1 广西壮族自治区普通高中新课程实施方案 z.广西壮族自治区教育厅,20212 邝玉兰,莫黎斌.高中物理习题教学与创新实验结合的课堂模式探讨 J.广西物理,2022,43(2):237-241.3 夏昀.高中物理习题教学探析 J.中学教学参考,2022:47-49.