如何培养学生构建物理图景的能力

  物理解题的一般过程是审题→构建物理图景→列式→运算→检验.其中,构建物理图景是解题成功与否的关键环节.所谓物理图景,不同的学者有不同的理解,本文中的物理图景是指学习者主观想象出来的一种物理场景,这种场景能够反映物理现象及其变化规律,是具有物理意义的空间几何图形和数量关系的集合,综合表达了物理现象、本质规律及其内在联系. 
  物理图景以物理现象为依托,压缩并存储了物理变化规律的相关内容,是学生学习中应该形成的知识组块,是解决问题的关键环节.有研究表明,中学生的物理学习成绩与其物理图景素养水平之间呈现高度正相关. 
  教师们在平时的教学中往往专注于知识的教学,而忽视培养包括构建物理图景等在内的诸多解题能力,这是造成物理学困生广泛存在的一个重原因.因此,广大教师转变教学观念,增强对学生解题能力的培养意识.本文就此出了以下几点教学建议. 
  1注重直观性教学 
  高中生的抽象思维和概念思维能力虽然开始加强,但在教学中仍然不能忽视直观和形象而单纯地训练其抽象逻辑思维能力.因此,高中阶段的直观性教学依然具有十分重的地位.直观性原则是指在教学中通过学生观察所学事物或教师语言的形象描述,引导学生形成所学事物、过程的清晰表象,丰富他们的感性知识,从而使他们能够正确理解书本知识和发展认识能力.直观性教学的手段包括展示各种直观教具、实物,现场参观,多媒体课件模拟物理过程及示范实验等.这些教学措施可以为学生进行形象思维供丰富的素材,有利于他们在解决物理问题时形成生动的、立体的图景,从而强化他们头脑中的相关表象,促进其物理思维活动. 
  2培养学生运用示意图的能力 
  物理示意图的作用体现在以下两点 
  (1)克服短时记忆的障碍.心理学实验表明,人脑能够同时把握住的感知因素一般为5-9个.考试时,学生在进行短暂的一、两遍审题之后,能够同时记住的条件和问题个数通常难以超过7个,加之心理紧张,记住五、六个已经是不容易的了.若审题后画出图来,并把条件和问题用字母符号等标注在图上,就能突破这种心理限度,使问题能在头脑中产生完整的映像,不至于因忘记条件或问题中断解题过程而重新审题. 
  (2)视觉参与思维.示意图能使解答问题所必须的条件同时呈现在视野内,图形成了思维的载体,视觉化思维参与了解题过程,问题就更容易得到解决. 
  笔者在中学调研中发现,学生对物理图景的依赖性很强.某纯文字题目如下“在电线下端挂一个重G的灯泡,在电线的中点O沿水平方向加一个力F,问电线上段作用在O点的力是多少?”.一个班有4%的同学做错, 而多数同学做错的原因是不能将文字表述转变为图像回放,将已知的物理状态图1-a,经由图1-b的物理情境, 通过重新组织和改造形成物理图景图1-c所示的三力平衡问题.当原题中增加图景图1-c之后,就只有5%的同学做错了. 
  在平时的教学中,教师应该求学生养成绘制示意图的习惯,或有意识地减少练习中的原始图形,改用纯文字表达,从而训练学生绘制物理示意图的能力,进而发展他们的物理图景构建能力. 
  3遵循学习规律,循序渐进地高学生的图景构建能力 
  能力高的过程也是学习的过程,因此遵循学习的规律,即由简到繁、由粗略到精细、由模糊到清晰.具体到物理的学习就是从培养学生构建物理概念图景的能力开始.物理概念是整个物理“大厦”的细胞,是物理知识体系的素,学生头脑中是否有足够清晰而稳定的物理概念图景,是进一步学习的基础.以弹簧振子的简谐运动为例,其运动过程涉及多个物理量的变化,在教学的过程中融入图景的讲解往往使得教学达到事半功倍的效果. 
  如图2所示,将弹簧振子的简谐运动的研究分解成位移x、回复力F、速度v的研究,分别从振子所处的几个特殊位置分析各物理量的方向和大小变化,教学中还可以结合图2的分析绘制出图3所示Ek-t和Ep-t及E-t图象,将上述结论全部填入表1中. 
  表1弹簧振子简谐运动记录表 
  1A1A→O1O1O→B1Bx1向左 最大1向左 减小11向右 增大1向右 最大F/a1向右 最大1向右 减小11向左 增大1向左 最大v11向右、增大1向右 最大1向右 减小1Ep11增大1最大1减小1Ek1最大1减小11增大1最大通过图2和图3的图景分析不仅将复杂多变的简谐运动简化,还为学生建立起了清晰稳定的物理图景,便于学生基于过程、理解的记忆. 
  诚然,物理图景在物理教学中可以起到事半功倍的效果,但也需在具体的问题情境中进行恰当运用.为此,教师在平时的教学中应该注意以下几方面首先,向学生阐明某一物理概念与其它物理概念之间的数量关系.因为物理图景是具有物理意义的空间几何图形和数量关系的集合,物理概念大多可以从“量”的角度运用数学方法来描述,即物理概念的表达式或者称作物理公式.其次,让学生明了物理概念的成立条件和适用范围.很多物理概念都是在一种理想化的条件下建立起来的,如刚体、质点、点电荷、理想气体等,都有其特定的成立条件和适用范围.再者,引导学生明了物理概念之间的区别与联系.有些物理概念之间既相似又有区别,容易混淆,极易造成学生在构建物理图景时出现错误.因此,在物理学习的过程中,必须让学生明确概念之间的联系与区别,使学生感受、领略不同物理概念各自的特点和魅力,从而能正确应用物理概念去解决不同的物理问题. 
  总之,作为一名物理教师清楚物理图景在教学中具有重的地位和作用,构建物理图景是一种包括分析综合、联想、想象和形象表达等诸多能力在内的综合能力,对学生此种能力的培养是一项系统复杂的工程,是不可能一蹴而就的.教师们只有将功夫用到平时,在教学中逐步增强学生建构物理图景的能力和追求科学美的内在动力,培养其养成良好的建图思维习惯,如此才能真正高学生的解题能力和科学素养.