初、高中物理学习中思维方法的比较.ppt

初 高中物理学习中思维方法的比较 朱建廉 南京市金陵中学 初中阶段我的物理学得很轻松 考试成绩一般都是九十几分 中考甚至考了满分 可到了高中阶段物理却经常只考六 七十分 这次居然挂了红灯 其实 物理课上老师所讲的我都能听懂 物理课本上的内容我也能看得明白 只是物理考试的成绩总是不理想 高中阶段的物理课程与初中阶段的物理课程究竟有什么差别呢 在高中阶段学习物理时究竟应该注意些什么呢 一个对很多高中生来说都倍感困惑的问题 初 高中阶段物理课程的差别 学习内容 高中物理比初中物理更深 更广 学习要求 高中物理比初中物理更高 更严 学习方法 高中物理比初中物理更灵 更活 初 高中物理学习中各个侧面 各个层次上的差别 对学习者的影响最终必将反映到在学习物理的过程中对思维活动的不同要求上来 初 高中阶段物理学习的差别 学习活动最主要是思维活动 1 关于思维的 多样性 与 准确性 A 指着桌上的茶杯问 这是什么 B 茶杯 A 到底是什么 B 我说这是茶杯难道还会错吗 A 对于我所指认的这个物体 除了 茶杯 你就不能说出点别的什么吗 B 我没弄懂您的意思 A 这个 茶杯 放在超市的货架上时是什么 把它买回家用时是什么 把它送朋友时又是什么 难道你不觉得这之间有一点区别吗 案例1 多变的茶杯 B 哦 您是想告诉我 这个 茶杯 放在超市的货架上时是 商品 把它买回家用时就成了 生活用品 当把它送朋友时就又成了 礼品 了 是吗 A 对 这是个 多变的茶杯 B 原来同一事物在不同的环境中可以由不同的认识 同一事物在不同的环境中具有不同的意义 同一概念在不同的前提下应作不同的理解 事物的这种在多样的环境下的意义的多样性特征 要求我们在认识事物的学习过程中的思维活动必须具备相应的 多样性 特征 而在学习过程中 对意义多样的事物针对相应的环境与相应的前提给出恰当的选择 则又要求在学习过程中的思维活动必须注意到所谓的 准确性 特征 在初 高中阶段学习物理时 这一方面的要求存在着较大的差别 初中阶段往往只要求从最为普通的角度来认识物理概念的某一侧面 高中阶段则往往要求从各个不同的角度来认识物理概念的各个侧面 以 对茶杯的指认 这个问题为例 初中阶段只需要从最为普通的角度来指认 进而回答 茶杯 即可 高中阶段则必须在观察周边的环境 揣摩提问者的意图后 进而从 商品 用品 和 礼品 等众多答案中选出最为合适的 显然 和初中阶段相比 在高中阶段学习物理时需要格外注重思维的 多样性 与 准确性 特征 2 关于思维的 合理性 与 周密性 A 你喜欢吃甜 还是喜欢吃辣 B 喜欢吃辣 A 哦 那么我猜你的老家在苏州 对吗 B 我不明白 您凭什么根据我喜欢吃辣就猜我老家在苏州呢 如果根据我喜欢吃辣猜我是湖南人还能够让人理解 A 你是说根据你喜欢吃辣的饮食习惯猜你是湖南人比猜你是苏州人更为合理 是吗 案例2 口味与籍贯 B 当然 如果我喜欢吃甜 你猜我是苏州人就合理了 A 合理的猜测就一定能猜对吗 B 不一定 因为毕竟存在着 喜欢吃辣的苏州人 和 喜欢吃甜的湖南人 呀 A 看来 口味 与 籍贯 的关系问题并不那么简单 口味 与 籍贯 之间存在着某种联系 典型的苏州人喜欢吃甜 典型的湖南人喜欢吃辣 对于喜欢吃甜的人 猜其籍贯是苏州显然要比猜其籍贯是湖南更为合理 对于喜欢吃辣的人 猜其籍贯是湖南显然要比猜其籍贯是苏州更为合理 可是 由于存在着一些 喜欢吃辣的非典型的苏州人 和 喜欢吃甜的非典型的湖南人 这就使得 仅凭饮食习惯来猜测籍贯 成为一种 尽管较为合理 但是并不周密 的思维方式 初中阶段学习物理时所碰到的大部分问题 就好像是在典型的苏州人和典型的湖南人之间凭饮食的 口味 来判断其 籍贯 一样 解决这样的问题一般只须注意到思维的 合理性 特征 高中阶段学习物理时所碰到的大部分问题 就好像是在典型的苏州人和典型湖南人当中混杂着一些非典型的苏州人和非典型的湖南人 这时仅凭饮食的 口味 来判断其 籍贯 的思维方式就显得不周密了 解决这样的问题就不得不在关注思维的 合理性 特征的同时 还要关注思维的 周密性 特征 3 关于思维的 有序性 与 灵活性 A 会下棋吗 B 学过中国象棋 A 既然说到棋 那我们就聊一聊棋吧 B 您也喜欢下棋 A 业余爱好 我不仅喜欢下棋 更喜欢把下棋和其他事情做比较 比如 下棋和学习物理之间就有相通的地方 B 下棋和学物理有什么关系呢 A 你先思考一个关于棋的问题 好吗 B 什么问题 案例3 赢棋的奥秘 A 甲 乙二人下棋 行棋的步骤总体来说基本相同 甲走了几步 车 乙就走几步 车 甲跳了几步 马 乙就跳几步 马 可是 最终甲赢了 这是什么原因呢 B 是不是因为甲行棋的次序更为合理 A 很好 到底学过棋 如果甲在该走 车 时就走 车 该跳 马 时跳 马 乙却在该走 车 时跳 马 该跳 马 时走 车 那么 谁赢谁输不就是理所当然的了吗 B 您是在强调 次序 的重要性吧 A 是的 不过你是否注意到 行棋的步骤越多 安排一个合理的行棋次序就越困难 越需要具有一定的 灵气 B 对 正确的安排好灵活而合理的行棋次序 是赢棋的奥秘所在 从某种意义上来说 学习物理与下棋是相通的 与学习物理相应的思维活动通常是由一系列的判断连接起来的漫长过程 而漫长的思维活动过程一方面对思维的 有序性 特征具有较高的要求 另一方面对作为安排合理的思维活动次序的基础的思维的 灵活性 特征也具有较高的要求 初中阶段学习物理 在解决物理问题时一般情况下只需要一 二个步骤就可以了 高中阶段学习物理则不同 解决物理问题时的思维过程一般都比较长 思维过程中的环节一般都比较多 因此对思维的 有序性 特征和思维的 灵活性 特征就具有更高的要求 解 相应的解答过程按如下过程有序进行 打乱11个方程次序再解 序 4 关于思维的 深刻性 与 批判性 A 问你一个关于体育运动的问题 可以吗 B 什么问题 A 百米赛跑比的是什么 B 当然是比谁跑的快啰 A B 不对吗 A B 您怎么不说话 A 我是想把时间留给你 让你再好好的想一想 B 这样简单的问题还有什么好想的呢 案例4 赛跑的实质 A 我不是让你想这个简单的问题 而是让你想一想 你在给出的这个简单的问题的结论时 是怎样进行思考的 B 百米赛跑比的是谁跑的更快 这样简单的问题难道还需要进行什么复杂的思考吗 A 那么就让我们先来研究一下你所给出的结论吧 如果发令枪响后 甲立即冲出起跑线 乙的反应慢了一些 犹豫了0 5秒钟才冲出起跑线 结果甲比乙早0 1秒冲过终点 谁跑的更快些 谁取胜 B A 百米赛跑比的到底是什么 B A 要给出这个简单的问题的正确结论并不是一件简单的事情吧 B A 怎么 现在轮到你不说话了 B 我是在想 按您所描述的甲 乙两人赛跑的情况看 百米赛跑比的真的不是谁跑的更快 可是 比的到底是什么呢 A 你现在可能已经意识到这个问题其实并不简单了吧 你如果有兴趣 不妨仔细的想一想这个问题的正确结论 其实 我现在最关心的并不是这个问题 也不是这个问题的正确结论 B 那您最关心的是什么 您问我这个问题又是为了什么 A 我只是想让你在思考这个问题时暴露出你思维方法中存在着的弱点与不足 这样可以提醒你 B 哪些弱点与不足呢 A 百米赛跑比的是谁跑的更快 这样的判断似乎是很显然的 恰恰就是这样的 似乎简单的 的问题容易诱使人们的思维活动丧失应有的 深刻性 特征和 批判性 特征 其实 百米赛跑的实质 并不是像我们想象的那样简单 作为一种优秀的思维品质 在思维活动中应该能够自觉地去 质疑 这就是所谓的思维的 批判性 特征 而具备 批判性 特征的思维 既可以帮助我们从反面发现思维活动中所得到的判断的不足 以使我们能够及时的修正判断 又可以帮助我们从正面加深对思维活动中所得到的判断的理解 以保证思维活动中所得到的判断更加接近事物的本质 从而使得思维更具 深刻性 初中阶段所涉及到的物理问题 大多数并不要求彻底的揭示出更为深刻的物理本质 就好像对 百米赛跑 能够粗浅的理解为 比谁跑得更快 即可 高中阶段所涉及到的物理问题 通常情况则要求能够较为彻底的揭示出深刻的物理本质 所以相应的思维方法更多的是在感知到的表象基础上探索事物的本质 这样就要求相应的思维活动能够自觉表现出 批判性 特征 使得思维活动能够在一定程度上表现出 深刻性 特征 和初中阶段的物理学习相比较 高中阶段的物理学习其内容更深更广 其要求更高更严 其方法更灵更活 小结 解答 此例的解答可以分别采用多种思维方式 解法1 数学方法 设两小球静止释放时小球B距地面高度为H 两小球间的线长为L 则静止释放后A B两小球做自由落体运动 分别经时间t1和t2着地 于是有 而两小球先后着地的时间之差为 由此可将两小球落地时间之差 t表为高度H的函数 为 分析表明 两小球落地时间之差 t随高度H增加而单调减少 而三楼阳台的高度和六楼阳台的高度间显然有 因此可知 所以 应选A 解法2 验算方法 取线长和楼层的高度分别为 则三楼阳台的高度H3和六楼阳台的高度H6分别应为 重力加速度取值为g 10m s2 带入相应公式计算得 解法3 极端方法 设两小球静止释放时小球B距地面高度为H 两小球间的线长为L 则无论释放点的高度H多大 两小球从释放到落地的过程中通过的距离差均为L 将释放点高度H分别取两种极端情况来思考 于是分别有 可见 释放点越高 两球落地时间差越短 显然应有 小结 此例的三种解法表明 运用 数学方法 在分析函数的单调性时 将会遇到较大的困难 运用 验算方法 在涉及数值运算时较为繁琐 而运用 极端方法 时 则既可避免 数学方法 的 难 又可避免 验算方法 的 繁 极端方法 的思维流程 将楼层高度推向极致 自然会把两小球距地面的高度差 绳长L 淹没 从而造成 落地过程几乎无差别 越高差别越小 选A 解答 通过与所谓的 分解方法 虚功方法 的比较 体会 极端方法 的特色 解法1 分解方法 求解的思路依次展开如下 分析问题的实质并不失一般性的给出表述 该例题所提出的问题其实质是 已知A物体 人 的运动 求B物体 船 的运动 针对问题实质的一般表述而把握分析问题的关键 此例分析求解的关键显然应该在于 把握A B两物体间的运动关系 考虑到一个朴素的哲学观点 两个事物间的关系通常会在两个事物之间的某个事物上有所表现 由此得到启发 人与小船间的运动关系通常会在人与小船间的那段绳上有所体现 于是 关注人与小船间的绳的变化情况就可以了解人与小船间的运动关系 随着人匀速运动 人与小船间的那段绳的变化情况包含着两个方面内容 第一 变得越来越短 第二 变得越来越斜 分析人与小船间的那段绳的变化情况与人和小船的运动间关系可知 绳越来越短 是由于人匀速运动而将绳 抽 短了 绳越来越斜 是由于这段绳绕滑轮转动而将绳 转 斜了 相应的变化情况如图1中的 a 图所示 由此可将小船的运动按照这段绳的两种变化情况实施分解 即 小船的运动 小船随绳一起被抽动 小船随绳一起被转动 设 人匀速运动的速度大小为v 当小船运动到某处而使得绳与水平线夹角为 时小船的速度大小为u 而 抽 绳的速度大小与人运动速度相同 小船随绳一起绕滑轮转动的速度大小为v0且其方向与绳垂直 于是 相应的速度矢量间的关系应如图1中的 b 图所示 由图1中 b 图所示的矢量关系可得 由于人匀速运动而v不变 而随着小船运动 将变大 所以小船运动的速度u将变大 即 小船将作加速运动 应选A 解法2 虚功方法 求解的思路依次展开如下 由于习题的背景只涉及到相应的 运动学 过程 而 绳的质量 和 绳与滑轮间的摩擦 并不影响 人与小船间的运动关系 所以完全可以在 绳的质量及与滑轮间摩擦均不计 的更强的条件下实施分析 然后将所得结论再迁移到原习题的相应背景中 在上述分析基础上不放设绳的质量不计且绳与滑轮间摩擦不计 于是绳在运动不断变化的过程中其机械能始终不变 根据功能关系可以判断 在任一瞬间人拉绳做功的功率P1与绳拉船做功的功率P2必相等 即 考虑到绳的质量不计且绳与滑轮间光滑接触 所以人拉绳的力和绳拉船的力大小必相等 均记为F 方向则分别如图2中所示 设 人匀速运动的速度大小为v 当小船运动到某处而使得绳与水平线夹角为 时小船的速度大小为u 则此时应有 由此可将小船的速度大小表为 由于人匀速运动而v不变 而随着小船运动 将变大 所以小船运动的速度u将变大 即 小船将作加速运动 应选A 如步骤 的分析可知 原习题结论为 应选A 解法3 极端方法 求解的思路依次展开如下 如图3所示 在任意一段时间内 小船所通过的位移大小为某一三角形的一道边的长度 而人所通过的位移大小则为这一三角形的另两边长之差 考虑到 三角形任两边之差总小于第三边 所以可以判断 小船的运动速度大小u与人运动速度大小v间的关系必有 考虑到所谓的 极端情况 即当小船与滑轮间的距离趋近于无限远时 绳将趋近于水平状态 而此时小船的运动速度大小u0必趋近于人的运动速度大小 即 由此即可判断 小船将作加速运动 应选A 小结 通过比较 可以在一定程度上体会到 极端法 的特点 其实 此例还可以采用 微元法 分析求解 分解方法 的思维流程 该例题可一般性概括为 已知A的运动而求B的运动 关键在 A与B的运动关