由一道高考物理试题品味思维品质

1 问题缘起

2014・浙江卷23题：如图1所示，装甲车在水平地面上以速度v0=20 m/s沿直线前进，车上机枪的枪管水平，距地面高为h=1.8 m.在车正前方竖直立一块高为两米的长方形靶，其底边与地面接触.枪口与靶距离为L时，机正对靶射出第一发子弹，子弹相对于枪口的初速度为v=800 m/s.在子弹射出的同时，装甲车开始做匀减速运动，行进s=90 m后停下.装甲车停下后，机以相同方式射出第二发子弹.（不计空气阻力，子弹看成质点，重力加速度g取10 m/s2）

（1）求装甲车匀减速运动时的加速度大小；

（2）当L=410 m时，求第一发子弹的弹孔离地的高度，并计算靶上两个弹孔之间的距离；

（3）若靶上只有一个弹孔，求L的范围.

前两小题没有太大难度，属于常规问题，第三小题颇有亮点.命题者显然希望考生思考形成现象的原因，考查考生的逻辑推理能力和良好的思维品质.一部分同学的想法是：若靶上只有一个弹孔，求L的范围.对于经常看各种枪战电视剧的男同学而言毫无难度，那就说明两颗子弹射进同一个孔了，它们在竖直方向位移相等， 也就是说明它们在空中运动的时间相 等，利用水平方向位移的关系很快解得L=3690 m，虽然这部分同学觉得这个值大了点，但也没多想，或许对这个“L的范围”略有疑惑.另一部分同学的想法是：一个弹孔意味着有颗子弹没有打中靶，掉在地上了.这部分同学虽然想到两颗子弹只有一颗入孔，但就是算不出L.原来他们没有考虑到时间相等，直接利用竖直方向自由落体和水平方向位移列方程，于是陷入了复杂的计算而找不到出路，最终以失败告终.

对于第一类同学的解法，初看似乎没有大问题，只是思维的广度和深度不够，缺乏物理思维的缜密性.他们只知其一不知其二，认为只要保证两颗子弹能进入同一个孔，单纯考虑水平位移的关系就可以了，从而疏忽了竖直方向时间的限制性条件.根据竖直高度，子弹是飞不了这么远的.所以，这种解法是片面的，根本上说是错误的.对于第二类同学的解法，思路应该是对的，但由于缺乏思维的敏捷性和灵活性，在面对“一弹入孔”的临界问题时不知所措，游离在一个模糊的“中间状态”而无法自拔，因此对此类变化的问题不会当机立断，更难以随机应变.总体来说，两类同学的错误均源于欠缺良好的物理思维品质，平时不注重物理思维的训练，只停留于做题而缺乏思考.高考物理试题有它本身设计的考查意图，考试本身的评价作用更重要的是体现在考查学生的思维品质上，本身这也是一种能力，是学生能够分析和解决问题的基础和保障.所以，如何培养学生物理学习的思维品质，是提高物理课堂教学效率的“最佳发力点”.

2 问题讨论

思维是对客观事物概括的间接的反映，它反映的是事物的本质属性和事物之间的规律性的联系.人类思维的发生和发展，就其总体而言，是有一定规律的.但一个人思维能力的发展是有其个性的差异，这种差异体现为思维活动中的智力特征，这就是思维品质.思维品质主要包括思维的广阔性、思维的批判性、思维的深刻性、思维的灵活性、思维的敏捷性五个方面.首都大学乔际平教授在《物理学习心理学》中谈到：“某一学生在物理学科上学习的效能主要依赖于物理思维品质的发展程度.高中物理知识的高度抽象化和高中生思维能力的不稳定性需要我们去研究如何提高高中学生的物理思维品质.”

2.1 变式拓展，培养思维的广阔性

思维的广阔性：是指能全面细致地考虑问题.具有广阔思维的人，不仅要考虑问题的整体，还要考虑问题的细节；不但考虑问题的本质，而且考虑和问题有关的其他条件.思维的广阔性是以丰富的知识为依据的.只有具备大量的知识，才能从事物的不同方面和不同特征去分析和解决问题，才能避免片面性和狭隘性.例如图象教学，我们不但要教会学生知道横坐标和纵坐标的物理意义，知道图象所反映的物理量之间的关系，还要教会学生知道截距、斜率、交点、面积等代表的物理意义，只有对图象有比较全面的理解和掌握，才能用图象法精准无误地解决物理问题，提升思维的广度和深度.再如在习题教学中，提倡一题多解、一题多变、一题多问，重视开放性试题的多维度训练，培养学生发散式思维和聚合式思维，提升思维的广阔性.

2.2 对比引领，培养思维的批判性

思维的批判性，是指能使自己的思维受到已知客观事物的充分检验，同时能勇于提出自己的见解，敢于批评错误结论，是创造思维的一种属性.具体到物理学科来说，要求学生对所学的物理知识、物理概念和规律有自己的理解和把握.物理思维的批判性主要表现在以下几个方面：①善于发现问题，提出质疑，发表见解.②能区分表面上相似但本质上不同的物理概念规律，能从给定的物理情景中排除与问题无关的多余的条件或因素，抓住与问题有关的条件或因素.③能够较好地排除物理前概念所造成的影响.④在学习过程中， 要进行及时的反馈和有效的矫正，追求学习效益的最优化.为此，我们在教学中应加强知识的横向对比，力争呈现给学生较为完整的知识结构网络，提升学生区分相似概念和规律的能力，提高思维的批判性.例如在教学《电势能和电势》时，如果照搬照抄教材，学生必然听得云里雾里，本节内容太抽象，思维要求高，可以采用类比重力势能进行教学，适当降低思维的起点，化抽象为具体，变陌生为熟悉，促被动为主动，提高学生分析问题的能力.再如教学《带电粒子在电场中的运动》时，可以与平抛运动进行对比，抓住分析此类运动的关键思路：化曲为直.某一方向做匀速直线运动，与其垂直的方向上做匀加速直线运动，整合解决平抛运动的特征方程，深刻理解解题思路，加强横向对比，必定能够加深学生对物理概念和规律的理解，提高学生的学习效率和思维的品质.

2.3 刨根问底，培养思维的深刻性

思维的深刻性，是指能深入到事物的本质里面去考虑问题.在理解物理概念和揭示物理规律实质时，要求人们既看到事物的现象，又看到事物的本质；既看到事物发展的内因，又看到事物发展的条件；既要知道事物的过程，还要知道事物的结果，这是辩证唯物主义整体的、全面的、综合的观点在思维过程中的具体表现，只有这样对事物才会有明确的认识，全面的了解，才能采取相应针对性方法去研究它、掌握它和利用它.例如在教学《楞次定律》时，先进行规律的教学，教会学生如何使用楞次定律来判断感应电流的方向.然后，在熟练掌握判断方法的基础上进一步深入挖掘，楞次定律不仅仅是一条操作性很强的定律，更是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现.带着追根溯源的精神一步步深入学习楞次定律，利用能量观点解决物理问题，大大提高了解题的效率，提高了思维的深刻性.再如在教学《运动电荷在磁场中的运动》时，要教会学生理解洛伦兹力方向始终垂直速度方向，提供电荷做匀速圆周运动的向心力，它只改变线速度的方向，而不改变线速度的大小.至于运动方程、运动时间等便迎刃而解.如果再深挖一步，知道洛伦兹力不做功，这才是决定运动性质的关键.从力学观点深入到能量观点，进一步加深了对洛伦兹力的理解，提高了解决此类问题的能力.

2.4 设陷尝误，培养思维的灵活性

思维的灵活性，是指一个人的思维能根据客观情况的变化而变化.也就是说能够根据所发现的新事实，及时修改自己原来的想法，是思维从定势和教条中解放出来.所以在平时教学中，多设置解题的“陷阱”，这不是刁难，是对知识能否随机应变的检验.让学生尝试错误，从错误中不断提升思维的灵活性，提高解决问题的能力.学习物理必须掌握大量的物理概念和规律，如何评价掌握的牢固程度，练习和运用便是最好的检验方法.比如教学《加速度》时，概念的理解便是一个重点和难点，学生很难理解“变化快慢”的意义，对“变化快慢”一知半解，甚至囫囵吞枣.对此，我们可以设置尽可能多易混淆的选项让学生去辨析，暴露学生错误，逐个突破，不断弥补理解的漏洞，巩固和完善学习的成果，提升思维的灵活性.再如教学《牛顿第二定律》时，要教会学生知道这是非常重要的定律，是联系运动学和力学的桥梁，是动力学问题的基础.如何教会学生灵活运用牛顿第二定律来解决问题呢？我们可以创设各种物理情景给学生训练，比如从一个力到多个力，从加速到减速，从一个物体到多个物体，从平面到斜面，从斜面到竖直面等等，同时可以适当设置知识性陷阱，不要随意设置心理性陷阱，适当地让学生多绕几个弯，也不失为一种很好的教学方法.学生经历了多次错误和反思后，物理现象的实质便逐渐显现，恰似“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”.

2.5 整合提炼，培养思维的敏捷性

思维的敏捷性，是指能够在很快时间内提出解决问题的正确意见，能够当机立断，不徘徊，不犹豫.思维的敏捷性是所有思维品质高度发展的集中表现.训练思维的敏捷性， 牢固的基础知识、正确的解题方法是关键，整合提炼各种解题方法是途径.我们在教学时，应主动创设各种问题情景，让学生尝试应用多种方法去解题，引导学生整合归纳各种物理解题方法，比如：等效法、极值法、守恒法、对称法、补偿法等等，同时在通过大量定时训练的基础上，整合各种题型，主动构建完整的知识结构.只要脑中有结构，物理方法自然能够随叫随到.再如在完成一章的课堂教学后，可以安排一次限时训练，让学生在规定时间内完成要求的题目，训练解题速度.同时，教师应及时反馈，评价解题质量，提升训练的效果，提高准确迅速解题的能力，提升思维的敏捷性.

学生良好思维品质的培养是一个长期而艰巨的过程，需要师生通力合作，教学相长，相辅相成.教师通过创设各种物理情景，引导学生去分析与综合、比较与分类、抽象与概括、具体化与系统化等，不断进行思维过程的训练，有效地培养学生的各种思维品质，提高分析问题、解决问题和探索创新的能力.只要目的明确，针对性强，循序渐进，思维品质的培养，必见成效，最终使物理教学从“有效”走向“高效”.