也谈习题教学中克服思维定势负面作用策略

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  摘 要:物理习题教学中,如何从具体基本教学策略上,有效克服思维定势的负面作用,需要教师有意识地不断务实探索总结。
  关键词:习题教学 思维定势
  思维定势的积极作用在于遇到同类问题,利用经验习惯能迅速作出反应。然而,消极作用也很明显,面对新的问题,先入为主的束缚,常使思维陷入泥潭难以自拔。学生的思维习惯,受着教师教法“定式”。物理习题教学中,克服思维定势的负面影响,必须从教师的教法做起,研究解决思维定势的具体策略措施。
  
  一、让“轻车熟路”落“陷阱”,深刻认识思维定势的负面危害
   【例一】《曲线运动》一章习题课上,我首先给出两道随堂测试题:
   1、如图1从倾角为α的斜面上某点先后将同一小球以不同的水平初速抛出,均落到斜面上,且与斜面的夹角分别为、,则
  A.当 时, >
  B.当 时, <
  C.无论 大小关系如何,均有 =
  D. (或 )的大小跟斜面倾角α有关
  2、如图2所示,在稳态运行的国际空间站里,固定光滑管形圆轨道半径为R(管径远小于R),小球a、b大小相同,质量均为m,其直径略小于管径,能在管中无摩擦运动.两球先后以相同速度v通过图示轨道最低点,且当小球a在图示轨道最低点时,小球b在图示轨道最高点,以下说法正确的是( )
  A.速度v至少为 ,才能使两球在管内做圆周运动
   B.当v= 时,小球b在图示轨道最高点对轨道无压力
   C.小球a和小球b均做匀速圆周运动
   D.小球a对图示轨道最低点压力和小球b对图示轨道最高点压力一样大
  
  第1题正确答案是C、D。学生绝大多数漏掉D,没想到此题与2004年高考题不同:那年高考题选项D是“ 和 的大小关系跟斜面倾角α有关”, 选项D错误。这里选项D是“ (或 )的大小跟斜面倾角α有关”, 不是一回事,这里选项D正确。
  第2题正确答案也是C、D。学生多错选A或B。再回头读题“稳态运行的国际空间站里”,方知“上当”,和原题环境不同,稳态运行的国际空间站里是完全失重的,故两球都做匀速圆周运动。
   现场测试结果,完全在我改编预期中。平淡无奇烂熟于心的问题,“轻车熟路”落入“陷阱”,暴露出深刻的心理背景。
  物理习题条件的改变,特别是环境条件和特征状态条件(临界条件、边界条件、关联条件、极值条件)的改变,可能导致问题发生实质性甚至根本性变化。面对千姿百态、千变万化的物理问题,习题教学必须培养学生具体问题具体分析的习惯。
   在物理学习中,学生对物体惯性有深切感受,但对思维也存在惯性及其利弊却不以为然。思维的惰性是不能随意轻易改变的,需要经过多次这样的沉痛教训,才可能犹如“岳母刺字”烙进心底。在这里,“挫折教育”是较能取得学生理解和认同的一种策略。
  
  二、不断创设多样化问题情境,强化审题技能训练,培养学生良好的审题习惯
   【例二】一个质量为m、带电量为-q的小物体,可在水平轨道Ox上运动,O端有一与轨道垂直的固定墙,轨道处于匀强电场中,场强大小为E、方向沿Ox轴正向,如图所示。小物体以速度v0从x0点出发沿Ox轴运动,运动时受到大小不变的摩擦力f作用,设小物体与墙面碰撞时不损失机械能,求它在停止运动前所通过的总路程s。
  很多同学以为是一道高考陈题,很快完成。做法也大致相同:
   不管小物体初速度v0方向是沿x轴正向还是负向,运动中摩擦力总是做负功,而电场力做功跟物体运动路径无关,物体最终停在O点,根据动能定理得:
  
  
  上台演板学生也比较淡定。这时,我郑重提示:同学们再仔细读题,思考解答有无问题?突然,有学生发现了端倪:题目没有说明摩擦力f与电场力qE大小,不能断定小物体最终一定停在O点!课堂一下引爆。
   显然,只有f<qE时,小物体在O点靠墙才可能合力为零,最终必停在O点,这就是当年的高考题,结果如上。如果f≥qE,则可能发生以下情形:如果初速度v0沿x轴正向,物体将从初始位置向右运动到某处静止;如果初速度v0沿x轴负向,一种可能是小物体还未到碰边就停止运动,另一种可能是小物体与墙发生一次碰撞后返回到某处停止运动。学生又动起手来补充解答:
  ① 如果f≥qE,初速度v0沿x轴正向,则物体从初始位置向右运动到某处静止,有
  
  ②如果f≥qE,初速度v0沿x轴负向,且小物体还未到碰边就停止运动, 有
   ,条件:s  ③如果f≥qE,初速度v0沿x轴负向,小物体与墙发生一次碰撞后返回到某处停止运动,无论停点在初始位置的左侧还是右侧,均有
   ,条件:s>x0
   这里,再次看到思维定势对审题环节产生的负面影响,以及培养良好审题习惯的意义。
   【例三】 如图3所示,水平皮带总质量m=3kg、两轮轴心距离L=2.5m,轮轴均光滑,皮带可自由转动,开始时处于静止状态。一个质量M=2kg的小滑块以速度v0=5m/s滑上皮带,滑块与皮带间动摩擦因数μ=0.5,滑块经过皮带后沿光滑水平轨道切入一半径为R=0.1m的光滑竖直圆形轨道,取g=10m/s2,问:
  (1)滑块经过皮带留下的划痕多长?
  (2)滑块能否到达圆形轨道的最高点?
  开始有人误以为题设皮带处于静止,滑块经过皮带留下的划痕长度就等于两轮轴心距离L=2.5m,以为题设皮带总质量m=3kg是多余的干扰条件。再仔细品题“轮轴均光滑” 发现,轮对皮带没有制动力和驱动力,是伪装的“滑板模型”问题。滑块驶上皮带,由于二者间摩擦作用,滑块减速,皮带加速,只是滑轮改变了部分皮带运动方向,等效示意图如图4下。这样,剩下的问题重点是,分析滑块经过两轮间二者能否达到“共速”。
   对皮带和滑块组成的系统,合外力为零,动量守恒,假设能达到共速v/,则
   解得: m/s
  对滑块,设速度减到 m/s发生的位移s1,
  
  解得:s1=2.1m  对皮带, ,s2=0.6m
  皮带上的划痕△s等于滑块相对皮带滑动的位移,即△s=s1-s2=1.5m
   第(2)问就比较容易了,假设能滑块滑到光滑竖直圆形轨道最高点所需的最小初速度为v1,到达最高点对应的速度为v2,则
   ,v2=1m/s
  
  解得: m/s> m/s,故滑块不能到达圆形轨道最高点。
   本题似曾相见,不曾做过,促使学生多角度审视发现“皮带”等同于“滑板” 这一本质,摆脱常规传统顺向思维束缚,通过假设逆向反推思考,最后得到成功的快乐,反过来又进一步强化了思维创新意识。
   物理审题,不只是简单“读题”。 面对情景全新的物理问题,需要思维的参与,构建物理图景。物理的审题技巧特点表现在:边读边画边分析,咬文嚼字挖“隐含”。这样的审题技能,强调对物理状态和过程的透析,强调用多角度的思维变换审视问题,强调掌握物理习题隐含条件和干扰因素的一般构造规律。要知道,物理题的隐含条件一般藏匿在:题涉物理概念模型中,题设现象过程中,题给图象图形图示中,过程的特征状态中,日常生活常识中,二级结论或数量关系的讨论中。在千姿百态、千变万化的物理问题中,这样的审题分析技能,不可能炙手可得,需要教师有计划有步骤地编拟“生题”强化“炼”成,用教师的创造性劳动争取学生的思维能力。
   审题是解题的第一步,也是最关键的一步。良好的审题习惯和技能,是克服思维定势,发展变式思维的基石。审题时,熟题学生常是没有警惕,一目十行,还没看完就下手。教师需要留心记载教学中发现的现实生成性问题,有针对性地自编一些“一看就懂,一做就错”的新情境题目,“自产自销”,纠错补偿,培养学生养成严谨认真仔细的审题习惯,熟练掌握物理审题技巧。也就是“多样化情境审题训练”策略。
  
  三、坚持“四多”解题训练, 增强质疑批判意识,促进变式思维习惯形成
   在上述例三中,求解划痕长度时,不少学生用牛顿运动定律求解的:对小滑块,加速度 =5m/s2;对皮带,加速度
   = m/s2,
   到二者共速时 ,可得:t=0.6s,v/=2m/s.
   划痕长度可以用速度图象计算:
   如图5所示,二者图线的“夹面积”表示相对位移,故有 m,结果同上。
  
  也可以用相对运动计算:
  滑块相对皮带初速度 m/s,相对加速度 m/s2,a/跟u0反向,减速运动,“共速” 即相对末速度为零,相对位移 =1.5m。
   作为一项教学要求,每道题做完后,要求学生:一题多解——熟练掌握不同板块间知识联系与技能;一题多变——变换视角拓展探究新的问题;多题一解——总结同类题的共同特征及解决方案;多题一变——总结同类题个性变化的编制特点。一题多解,一题多变,也就是“同中求异“,有助克服思维僵化一成不变,激励发散求异思维;多题一解,多题一变,也就是”异中求同”,有利思维定势正面作用有效发挥。简称为“四多”解题训练策略。
   上述要求,起步艰难,贵在坚持。学生开始很不适应,需要教师布置作业时,在“量”上做些让步,以换取“质”的进步,这与当下仍难以摆脱的题海战术是有矛盾的,要担责任风险。并且,不能半途而废,持之以恒才有收效。只有这样,才能使这项要求变成学生做题习惯,习惯成自然就是能力。
   为避免独立作业时难题“卡壳”偏多,挫伤信心,阻碍教学,可采取“阶段疑难杂题集中会诊”。任何一个人想问题都难免片面不出错误,“集中会诊”本身就是多种思维相互启发。每个阶段,将部分难题抽出来,改由全班集中讨论解决,每个学生的解答不一定都对都全 ,“三个臭皮匠赛过诸葛亮”, 全班学生智慧火花的碰撞,总是格外精彩。
  
  参考文献:
  [1]郑青岳 《思维定势对问题解决的作用及对策 》 《课程·教材·教法》2004.6
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