高中学生解决实际问题的困难分析及其教学对策

高中学生解决实际问题的困难分析及其教学策略贾光武 金川公司一中 甘肃 金昌 737100摘要：本文主要研究分析高中学生解决实际物理问题的主要困难，并提出重视物理模型教学的策略。 关键词： 实际问题 理想化 物理模型教学 策略近些年高考改革试题的总趋势是由知识立意转向能力立意，试题内容出现了诸多关于物理的实际问题，这些问题大多源于生产生活实际，许多试题的主干知识，就是我们身边的物理现象或生活情景，有的却是最新的前沿科技成果或热点问题。如体育运动、电子电器、医疗卫生、宇宙演化和神舟飞船，等等，面对这一类试题，学生往往感到十分头痛，得分率偏低，也就是说学生在解决这类问题的时候明显存在着缺陷。到底是什么原因导致了在教师看来原理明确过程简单的实际性问题学生却往往无从下手呢? 问题在于,传统的物理教学使学生已经习惯于简化了的物理对象及物理模型,习惯于抽象的逻辑推理及数学运算,而遇到实际问题时不能把实际问题与自己知识体系中的理论模型进行有机联系,不能把解决理想模型的那套方法迁移到解决实际问题中来。其实对于这一类试题，要求学生能从题目给出的文字中，摄取有效信息，展现出清晰的物理情景，排除次要因素抽象出合适的物理模型，再根据物理模型遵循的规律，进行判断、推理和计算，使问题得以解决。针对这种现象,需要在教学方法和指导学生学习方法上加强物理模型的教学,提高学生解决实际问题的能力。一、高中学生解决实际问题的主要困难分析1、学生缺乏准确科学的物理模型知识。主要表现在如下三个方面：第一、对高中阶段主要物理模型掌握的不够全面；第二、没有真正理解各个物理模型准确科学的定义、特征和适用条件；第三、没有理解每个物理模型的建立过程。2、不知道如何从实际问题中抽象出理想化的物理模型。学生在解决实际物理问题时，面对实际物理问题的众多对象，难以从实际物理问题中展现出物理情景，思维容易受到问题表象的干扰，很难抓住对象本质特征，缺乏对物理对象和物理情景做理想化处理的方法和能力，因而难以抽象出物理模型，形成思维上的障碍，实际问题就显得难以解决。大部分的学生不知道从实际问题所获取信息中，哪些是重要的，不可忽略，哪些是不重要的，应当忽略，也不知道几个同类型的物理现象的共同特征是什么，等等。3、不善于运用示意图建立物理模型。示意图是思维的平台，是以形象思维帮助抽象思维，根据题意画出示意图实质上是一个思维过程。苏霍姆林斯基说过“教会学生把应用题画出来,其用意就在于保证由具体思维向抽象思维的过渡”。实际上,由文字到示意图的思维跨度非常大,有时学生问问题时,教师可能会无意中画出示意图,而此时学生的问题已经得到解决,关键就在于学生不会画图。因此,在教学方法和学生学习方法指导上,应加强画示意图的教学。如果能将一个特定问题转化为一个图形，那么就等于整体把握了问题，并且能创造性的思索解决问题的方法。通过示意图来分析物体运动变化的每一个重要环节，突出影响物体运动变化的主要因素或主要过程，有助于从复杂现象中创设形象的物理情景，建立合理的物理模型。从教学实践中发现，在解题过程，不少学生没有养成良好的画示意图习惯，不知道通过画示意图来分析问题。有些同学尽管画了示意图，但往往又不太符合题意，这表明多数学生不善于运用示意图建立物理模型。二、重视物理模型教学的策略物理模型教学是指对物理模型的内容、建立方法及应用的教学。学生在解决实际物理问题时，面对实际物理问题的众多对象，难以从实际物理问题中展现出物理情景，思维容易受到问题表象的干扰，很难抓住对象本质特征，缺乏对物理对象和物理情景做理想化处理的方法和能力，因而难以抽象出物理模型，形成思维上的障碍，实际问题就显得难以解决。解决实际问题能力的培养,就是要在教学上通过物理模型的教学,建立由“实际问题”到“建立物理模型”直至“解决问题”的过程。1、充分再现知识发生发展的过程，帮助学生建立准确科学的物理模型在我们的物理教学实践中发现，有些物理事实、物理过程或抽象的物理概念，难以直观地在课堂展示。例如：极高速、极缓慢、极微小、极庞大的物理运动或物理变化过程，对实验环境与实验条件要求极高的实验过程等等，我们可以充分利用计算机多媒体技术，通过图形、图像、动画、文字等多种信息媒体，突破传统教学手段的限制，在课堂上直观地、清晰地再现物理事实、物理过程与物理模型，为学生提供直观、形象的感性材料，这样就可以降低学生学习的难度，并将物理学研究问题的方法和物理思想寓于情景的建立和分析过程中，促进学生开展分析问题的思维活动，自然地悟出其中的道理和规律，在潜移默化的过程中，学生逐渐掌握分析物理过程、建立正确物理情景的一般方法，从而建立出准确科学的物理模型。例如,在讲解单摆模型时,展示伽里略观察油灯等时摆动的图片或动画,再现模型建立的思维过程。让学生身临其境,感知分析物理过程的方法,建立准确的单摆模型。这样,学生理解了模型的本质,就不会“只见树木不见森林”。2、重视思维程序化的训练，培养学生解决实际物理问题的能力为了有效提高学生解决实际问题的能力，在教学中应重视思维程序化的训练。解决实际问题的思维程序大体可分六步，即“认真审题展现物理情景建立物理模型回忆模型所遵循的的物理规律决策求解讨论结果”。首先认真审题仔细阅读题目将文字叙述的问题在头脑中形象化，并用画示意图的方法将题目所叙述的物理情境展现出来，做到边审题、边画图，并一一把条件和问题用字母符号注在图上，使问题能在脑中形成完整的表象；其次，对物理情境进行一系列分析，从情境的特点中，弄清物体的运动过程特点，排除次要因素抽象出物理模型，进而回忆物理模型所遵循的所有的物理规律，物理规律包括文字叙述的形式和数学的形式两种，数学形式又包括公式和图象两种形式；再用物理规律把题目所要求的目标与已知条件关联起来，列出解决问题的所有方案，从中挑选出最佳方案；并运用挑选好的物理规律进行运算操作、或进行列式计算、或进行逻辑推理论证、或运用图象分析判断，得出结果。最后，运用物理规律结合题意所涉及的实际问题，讨论结果的合理性。例题、（2008年全国卷）我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形的轨道绕月飞行。为了获得月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化。卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。设地球和月球的质量分别为M和m，地球和月球的半径分别为R和R1，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r和r1，月球绕地球转动的周期为T。假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间（用M、m、R、R1、r、r1和T表示，忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响）。解析：（文字情境）：通过阅读文字叙述，在同学的头脑中出现这样一副情景，月球绕地球沿圆形的轨道运动，而探月卫星沿圆形的轨道绕月球飞行，边审题、边画图，并一一把条件和问题用字母符号注在图上，使问题能在脑中形成完整的表象，如下图所示，O和O分别表示地球和月球的中心。在卫星轨道平面上，A是地月连心级OO与地月球面的公切线ACD的交点，D、C和B分别是该公切线与地球表面、月球表面和卫星圆轨道的交点，根据对称性，过A点在另一侧作地月球面的公切线，交卫星轨道于E点。卫星在BE上运动时发出的信号被遮挡。情境模型规律：月球绕地球沿圆形的轨道运动，可以近似看成匀速圆周运动，而探月卫星沿圆形的轨道绕月球飞行，也可以近似看成做匀速圆周运动，它们都遵循天体做匀速圆周运动的规律。决策求解： 设探月卫星的质量为m0,万有引力常量为G，根据万有引力定律有： ， （式中，T1是探月卫星绕月球转动的周期）设卫星的微波信号被遮挡的时间为t，则由于卫星绕月球做匀速圆周运动，应有： （式中，=COA，=COB），由几何关系得： ； 由以上各式得： 通过这个题目的解答，