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试论高中物理教学中学生解题能力的培养

来源:用户上传      作者:张雪仙

  【摘 要】文章以教改作为研究背景,围绕高中物理学科教学实践,针对学生解题能力的培养,从物理认知结构、思维能力、元认知能力、情境分析能力等方面入手展开分析,旨在提升高中物理教学的有效性,使物理学习变成一件轻松的事情。
  【关键词】高中物理;解题能力;培养策略
  【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437(2022)24-0106-03
  物理学科所研究的对象具备客观性,并不随着人的意志而转移。高中物理的学习难度之所以比较高,不仅仅在于其知识更具深度和广度,还在于学生无法通过感性认知达成学习目标。在高中物理学习过程中,严谨的语言、定量的问题分析以及多种物理情境均对学生的学习能力提出了挑战。而在高中物理学科教学中,培养学生的解题能力是提高学生物理学习能力的关键,所以对学生的解题能力进行培养势在必行,需要一线教学人员予以高度重视。
  1 引导学生形成良好的物理认知结构
  具备良好的物理认知结构是学生正确解答物理问题的基础条件,所以在培养学生物理解题能力的过程中,教师不能忽视学生良好物理认知结构的构建。
  1.1 了解学生原有的物理认知结构
  了解学生原有物理认知结构是教师明确教学起点的关键步骤。在具体教学的过程中,教师应分析所教学生已经形成的物理认知结构,其涵盖物理概念、物理理论、物理学科思维方法等方面,而后将高中物理知识与学生原有的物理认知结构融合。
  如教学“机械运动”时,学生已经在初中接触过较为简单的机械运动,学生的物理认知结构中已经有了路程、速度等概念。但高中学段的机械运动与初中学段存在一定的差异,那么在教学实践过程中,教师则应先帮助学生巩固原有概念,而后将初中和高中筛鲅Ф蔚幕械运动内容做对比,帮助学生形成完善的物理认知结构。
  1.2 合理设计,引起认知冲突
  认知冲突能够凸显知识,加深记忆,促进学生物理认知结构的构建。如在“自由落体”的教学中,如若学生沿用以往的认知经验,就会认为物体质量是物体下落速度的主要影响因素,即质量轻的物体下落得慢,反之则下落得快。这一认知在一定程度上并没有错,但这是没有考虑空气阻力因素影响的模糊经验。因高中物理知识更具深度和广度,所以自由落体的相关知识必然会引发学生的认知冲突,教师则可以利用这一冲突提高学生的学习兴趣,使学生真正地参与到物理课堂中来,为其顺利解答物理问题奠定良好的基础。
  对此,教师可以设计以下三个物理小实验。实验一:控制高度相同、起始时刻相同,使纸片与橡皮静止下落,师生结合所看到的物理现象总结实验结果。实验二:控制高度相同、起始时刻相同,取两张重量相同、形状相同的纸片,将其中的一张揉成纸团,而后使纸片与纸团静止下落,师生结合所看到的物理现象总结实验结果。实验三:控制高度相同、起始时刻相同,使实验一所用的橡皮和实验二所用的纸团静止下落,师生结合所看到的物理现象总结实验结果。通过上述三个实验,学生观察到了与自己的认知相背离的实验结果,由此激起了学生对新知识、新问题的探究兴趣[1]。
  2 注重学生思维能力的培养
  2.1 重视实验教学
  实验教学虽然需要教师在备课阶段花费更多的时间和精力,但其优势在于学生能够看到整个物理变化过程,使学生在面对抽象的物理问题时能够通过回顾实验过程完成解题。
  如在“通电导线在磁场中受到的力”的教学中,教师可以开展“旋转的液体”实验教学活动。当教师改变磁场或电流方向时,液体的旋转方向会随之发生变化,可基于这一实验现象引发学生思考,促进学生物理思维能力的提升。又如在“楞次定律”的教学中,为使学生快速理解阻碍的基本作用,教师可以让学生将磁铁分别在相同长度的铝管和塑料管中同时竖直自由落下,学生通过观察发现铝管中的磁铁的下落速度比塑料管中的磁铁慢,而后教师可基于这一实验现象为学生重点讲述“阻碍的作用”这一内容。通过这一实验操作,学生的课堂参与度得到了保证,抽象思维能力得到了培养,对阻碍的作用的理解也得到了深化。
  2.2 重视习题教学
  教师应转变传统习题教学方式,将一题多解与一题多变作为切入点,提升学生思维的灵活性与多向性,并保证一题多解、一题多变的持续性,最大限度地发挥习题教学对培养学生思维能力的积极作用。在一题多解与一题多变教学实践方面,本文选取了高中物理中较为典型的习题展开论述。
  问题1:有一雨后的屋檐每隔一段相同的时间滴下一滴雨水,当第五滴雨水刚要滴下时,第一滴雨水刚好落到地面,同时第三滴雨水和第二滴雨水位于屋子窗户的上下沿(g=10 m/s2),已知窗户的高度为1 m,这个屋子的屋檐距离地面的高度是多少米?
  这一问题有三种解法,但绝大多数学生首先想到的都是基本公式法。所以,教师在讲解基本公式法之后可以鼓励学生思考其他的解法,并对平均速度法、比例法的解题思路、解题过程进行详细讲解,使学生认识到此类问题有三种解法,从而学会灵活应用物理知识解决物理问题。
  问题2:已知可视为质点的物体从距离水平面4 m的斜面上静止滑下,如果斜面光滑,倾斜角为37°,水平面与斜面之间有一段光滑小圆弧连接,物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,求这个物体能够在水平面上滑行的距离。
  关于这一问题的变式,教师可以将“斜面光滑”这一条件去除,亦可以将“倾斜角为37°”这一条件去除,而后与学生共同探究物体滑行的距离。一题多变的教学思路就是让学生在不同的已知条件下主动地去思考解题策略是否需要调整,使学生以变化的思维去解决物理问题,从而达成提升学生思维多向性的培养目标。
  3 培养学生元认知能力

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  3.1 合理呈现问题,启发学生思考
  在解决物理问题的过程中,学生对知识的认知和体验主要体现在对问题的思考上,但在高中物理教学实践中常存在这一现象,即学生不懂得如何去思考。每当学生遇到不会做的物理习题时,首先想到的就是查阅参考答案,绝大多数学生认为自己将参考答案弄懂了,这道题也就会做了。如果没有参考答案可以参照,学生往往会询问同学或教师,但同学或教师在帮助其分析的过程中仅针对一道特定的物理习题,学生得到了正确的解题过程和答案,但并未掌握解题的思路和方法,学生的解题能力并未得到实质性的提升[2]。究其原因,笔者认为与教师呈现物理问题的方式存在直接的关系。一直以来,教师在呈现物理问题时多将获得正确答案作为重点,且在习题讲解的过程中注重强调解题思路,致使学生过于依赖教师的解题思路,独立思考的能力得不到培养。
  如讲解“一个小球从光滑的曲面上滚下,求小球到达最低点的速度”相关问题时,教师大多会要求学生应用功能关系去解答,但并不会刻意地引导学生思考应用功能关系解答问题的原因。如若教师能够启发学生思考,那么学生举一反三的能力和元认知能力均会得到提升,其在应对同一类型的物理习题时也会更加得心应手。
  3.2 加强引导,鼓励自我提问
  在物理问题的解决过程中,元认知监控主要体现在学生是否已经充分地领悟问题,是否能够清晰地分析物理情境,所采取的解题方法是否可行以及解题过程、问题的结果是否正确等方面[3]。基于元认知监控的角度,教师在培养学生物理解题能力的过程中,应加强教学引导,鼓励学生自我提问。
  如果将物理问题的分析、解决过程视为一个系统,对这一系统运行的各个环节进行细分,那么在具体的教学实践中,在问题表征阶段,教师可以引导学生自我提问:“通过读题我知道了什么?”“我对题目已知条件的理解是否存在遗漏?”以此强化学生的审题能力。在情境分析阶段,教师可引导学生自我提问:“我所选取的研究对象是否正确?”“我应该选袷裁捶椒ā⒛母龉式去解决这一问题?”以此使学生能够在大脑中构建一个问题情境的分析图。在策略选择阶段,教师可引导学生自我提问:“哪些方法可以解决这一问题?”“哪种方法能够更快速、更简便地解决这一问题?”以此提升学生解题的灵活性。在策略实施阶段,教师可引导学生自我提问:“解题步骤是否正确?”“如何才能保证答题的条理性?”以此提升学生解题的规范性。在监控反思阶段,教师可引导学生自我提问:“我在解这道题的时候走了哪些弯路?”“我没有成功解决这道题,具体的问题出在了哪里?”以此帮助学生发现自己的不足。与此同时,通过监控反思环节的自我提问,学生也能够总结出解题技巧,从而有所收获。
  4 提升学生物理情境分析能力
  物理学科研究的对象极为广泛,所以学生需具备物理情境分析能力,这样才能够将复杂的物理问题简化,最终解决问题。在高中物理教学实践中,能够形象地呈现物理问题的方式主要有示意图、曲线图、知识图谱等。对此,笔者建议教师在教学中帮助学生养成物理情境分析的良好习惯,在教学条件允许的情况下积极开展实验教学,将具体的物理情境作为教学的支撑,这样可以帮助学生快速理解物理现象,也可以使学生掌握物理知识的实质。
  如教师在教学“楞次定律”的过程中,传统的教学方法多将概念直接呈现给学生,而后引导学生应用楞次定律解题。学生虽然在解题时会模仿教师讲解的解题过程,但当学生遇到复杂的问题时极易出现解题错误,而教师开展实验教学就能够很好地规避这一问题。在物理实验教学中,教师可以让学生将磁铁插入线圈之中,对电流的方向进行观察,而后总结出楞次定律。通过这一过程,学生既掌握了楞次定律的概念,又明确了楞次定律的原理,从而能够在明确知识实质的情况下游刃有余地解决相关物理问题[4]。
  5 合理应用物理图景
  5.1 应用物理图景解题的基本过程
  应用物理图景解决物理问题的基本过程为“审题→明确研究对象→根据图景分析→确定解题思路”。接下来笔者就以下面这一具体的物理问题为例展开分析:“在北半球上空飞行着一架飞机,飞机左右机翼哪端电势更高?”要想解决这一问题,首先将文字翻译成为图画,可得图1。接着根据物理图景分析挖掘关键条件,可以明确在此种条件下,飞机的机翼形似切割磁感线运动的导线,假定这一状态存在闭合电路,则可以对感应电流的方向进行判断,所以不管飞机的头朝向哪个方向,均可判断出机翼的电流为由右向左,如图2所示。最后结合切割磁感线相关知识以及电流的流向规律,可知该架飞机的左机翼电势高于右机翼。
  5.2 应用图景过程分析法分析复杂问题
  图景过程分析法主要是指用作图的方式分阶段对物体的受力情况或是运动过程进行分析,然后寻找各阶段的联系点或临界状态,从而列方程求解的方法。在教学实践之中,教师可以将图景过程分析法传授给学生,鼓励学生应用此种方法对复杂的物理问题进行分析,从而帮助学生理清思路,提高解题的准确性。
  高中物理的教学内容较为抽象,对学生处理问题、分析问题以及物理运算的能力提出了较高的要求。同时,高中物理学习难度较大,部分学生因为解题能力薄弱,容易对物理学习失去信心,甚至产生畏惧心理。基于此,高中物理教师应总结一套具有针对性的教学方法,提升学生的物理解题能力,帮助学生树立学习物理的信心。若想有效提升学生的物理解题能力,教师不仅要关注物理习题教学,还要将重心放在日常教学实践之中,只有学生真正地理解物理知识,拥有灵活的思维,且学会利用物理图景,才能够正确高效地解决物理问题。
  【参考文献】
  [1]李华.高中物理教学中学生解题能力的培养策略分析[J].考试周刊,2021(97).
  [2]陈璇.论高中物理教学中学生解题能力的培养策略[J].考试周刊,2021(90).
  [3]龚婷.高中物理教学中学生解题逻辑思维能力培养途径研究[J].理科爱好者(教育教学),2021(5).
  [4]张睿睿.高中物理教学中学生解题能力的培养策略研究[J].新课程,2021(4).
  【作者简介】
  张雪仙(1977~),女,汉族,浙江衢州人,本科,中学一级教师。研究方向:高中物理教学。

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