物理电路解题的基本方法
教学目的 : 知识目标:
(1)熟悉基本电路的组成和作用(2)理解电压、电流、电动势的概念(3)掌握电压、电流方向的判别(4)理解电阻的定义和作用
技能目标:
熟识万用表测量电压、电流、电位的方法
教学重点、难点:
教学重点:电压、电流、电位、电动势、电阻概念的理解
教学难点:(1)电压、电流方向的判别
(2)电动势概念的理解
课 型:讲练结合 教学分析:
本次课先由一个手电筒电路引入电路的组成和作用,通过对电流、电压、电动势的实际测试,根据测试的结果来体验分析电流、电压、电位、电动势的存在和方向。再辅以理论讲解来阐明电流、电压、电动势的概念及电流、电压参考方向的应用和电流、电压实际方向的判别。
复习、提问:
(1)手电筒电路是怎么工作的?
(2)你认为电压、电流有方向吗?什么情况下有方向呢?
教学过程:
一、电路的组成和作用
导入:(先在黑板上画一手电筒电路的示意图如1(a))
(c)
图1 手电筒电路
手电筒大家都很熟悉,由电池、开关、灯泡、导线四部分组成。电池给灯泡供电,但只有在开关闭合的前提下,才会发亮。所以电池相当于电源,灯泡是供电的对象,称为负载,开关决定着灯亮与灭,所以开关便是控制元件,导线连接整个电路,使其为一闭合回路。电源、负载、控制元件、回路为组成电路的四要素。所以手电筒电路的电路模型如图1(c)。
1、电路组成的四要素:
(1)电源(2)负载(3)控制元件(4)回路
2、电路的作用:
(1)能量的传输和转换。如手电筒电路,灯泡发光,电池能转换为光能和热能。(2)信号的传递和处理。如扩音机电路,如图(b),放大器用来放大电信号,而后传递到扬声器,把电信号还原为语言或音乐,实现“声-电-声”的放大、传输和转换作用。
前面我们了解了电路的组成和作用,然而描述一个电路的特性光以上这些是不够的,还需要一些其他的物理量来描述电路的特征。电流、电压、电动势便是描述电路特征的最基本的物理量。下面先通过实际测试来体验一下这些物理量的存在及他们的方向。
二、电流
这一小节的教学方法:(1)先让学生按照教师给定的方法测试试验电路1中流过电阻的电流,让学生先感性认识电流存在的形式,再理论分析电流的定义及计算。(2)再让学生用同样的测试方法反向测量,指针式万用表表笔反偏(数字式显示负值),使学生感性认识直流电流是有方向的,再理论分析电流方向的确定。
先测量试验电路1中流过电阻的电流大小。让学生感受电流在电路中存在的形式。再从理论层面上分析:
(一)电流
1、定义:由电荷(带电粒子)有规则的定向运动而形成。
若在1秒内通过导体横截面的电子所带的电荷数为1库仑(1C),则导体中的电流为1安培(1A)。
(1)交流电流:在dt时间内,通过导体横截面S的电荷为dq,则电流为
iI(2)直流电流:电流的大小和方向不随时间变化而变化。
2、电流的单位:
dqdtqt安培,缩写为安,符号为A。其它还有uA、mA等。
1uA=10-3mA=10-6A 在原先测试的基础上,将红、黑表笔反测,记录此时电流值,让学生分析电流的方向性。从两次测试结果可以发现,一次为正、一次为负,说明电流是有方向的。负的这次说明与实际方向相反了。
再从理论的层面上来分析:
3、电流的方向
规定正电荷运动的方向为电流的方向。
在计算和分析时,可先选择一个参考方向,再根据计算结果来判别电流的方向。若计算
得到的电流值是正值,则说明电流的实际方向和参考方向一致;反之亦然。(参考方向可先任意确定)
电流的参考方向表示方法:(1)标“+”“-”表示,如图2(a)示;(2)箭头表示,如图2(b)表示。
图(a)图(b)图2
4、形成持续电流的条件
(1)要有电源
(2)要有闭合路径
三、电压
这一小节的教学方法:(1)先让学生按照教师给定的方法测试试验电路1中电阻两端的电压,让学生先感性认识电压存在的形式,再理论分析电压的定义及计算。(2)再让学生用同样的测试方法反向测量电珠两端电压,指针式万用表表笔反偏(数字式显示负值),使学生感性认识直流电压是有方向的,再理论分析电压的方向的确定。
先测量试验电路1中,电阻两端电压大小。让学生感受电压在电路中存在的形式。
再从理论层面上分析:
(一)电荷
电荷是电子和质子的最基本特性,符号Q。静电是由于物质中存在净正电荷或净负电荷而产生的。图3为电荷的吸引和排斥示意图。
图3电荷的吸引和排斥
(二)电压
1、定义:电荷的电势差在电学名词中称为电压。符号为U。电压定义为单位正电荷(Q),在电场力作用下,沿外电路从一点移到另一点所做的功。
功的单位为焦耳(J),电荷的单位为库仑(C)。
2、电压的单位:伏特,符号为V。另外还有KV,mV等。
1mV=10-3V=10-6KV 例1 如果移动10C的电荷需要消耗50J的能量,求电压是多少?
解:
由此可见,电场力做功越多,电压就越大,所以电压是衡量电场力移动电荷做功本领大小的物理量。
在原先测试的基础上,将红、黑表笔反测,记录此时电压值,让学生感受分析电压的方向。
从两次测试结果可以发现,一次为正、一次为负,说明电压是有方向的。负的这次说明与实际方向相反了。再从理论的层面上来分析:
2、方向:规定为由高电位端指向低电位端。(可结合水流来对比讲解)
3、在计算和分析时,可先选择一个参考方向,再根据计算结果来判定。若计算得到的电
压值是正值,则说明电压的实际方向和参考方向一致;反之亦然。(参考方向是可由自己任意假定的)
电压的参考方向表示方法:(1)标“+”“-”表示,如下图4(a)示;(2)箭头表示,如下图4(b)表示。
图(a)图(b)
图4 电压方向的表示
四、电位
利用水位来引伸解释电位。
可拿一杯子,装半杯水,同学们很容易就可知道此时水位,如为H1,再加水,此时水位上升为H2,大家可以发现这个高度都是相对杯底而言的,杯底就是参考水位。如果选择H1为参考水位,那么H2的水位为H2-H1;或选择H2为参考水位,则杯底的水位为-H2。所以参考水位不同,那么某点水位的值也就不一样了,也就是说水位的高低是和参考水位有关的。
电位也是如此。电路图1中,若选择C点为参考点,则C点就相当于水杯的杯底,而A点或B点就是加水以后的H1点或H2,所以引申应用到电路中的电位,即电路中某一点相对参考点的电压大小我们也可以把它称为电位。参考电位我们可以把它看作是零电位点。一般选择接地点为参考点。
1、若在试验电路中,选择C点为参考点,测量A点、B点的电位和A-C、B-C之间的电压,并比较其大小。
从测量结果可以看出,A点的电位大小即UAC;B点的电位大小即UBC的电压大小。所 以:
电位的定义:电路中某点的电位是这一点与参考点之间的电压。或者说电路中某两点之间的电压等于这两点之间的电位差。即UAB=VA-VB VA、VB分别代表A、B点的电位。单位为伏特(V)
2、若在试验电路中,选择A点为参考点,测量B点、C点的电位和B-A、C-A之间的电压,并与1中结果比较分析。
从结果可以发现,两次测得的 A、B、C三点电位大小是不同的。可见电位是个相对值,参考点不同,电位大小也不同。
结论:电位与参考点有关,是个相对值。参考点不同,电位的值也不同,电位随参考点的变化而变化。而电压是个绝对值,与参考点无关。
3、在试验电路中,若选择C点为参考点,则可以看出A点电位可以通过AC和(AB+BC)两条路径计算得到。
可以看出:若以C点为参考点,则VA=UAC=UE=1.5V 或VA=UAC= UR + URO =1.5V,可见两者是相等的。
结论:电位的大小只与参考点有关,而与所选路径无关。
五、电动势
为了更好地了解电动势的含义,从电的本质角度来分析手电筒小灯泡发光的原理。
干电池正极聚集了正电荷,负极聚集了负电荷,铜电线中带负电的自由电子被干电池正极吸引,阴极排斥,形成了有规则的电子流动即电流,使小灯泡发光。正如水要有水位差才能流动,电流是由于 电池两端的电位差,即电压而形成的。并且干电池内部的 化学能不断地将正电荷移到阳极来补充被自由电子中和的 正电荷,并不断地在阴极聚集负电荷,从而维持了电池两端 产生电位差的能力,这就叫做电动势。
1、定义:电动势:电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所作的功。
E= W/q 符号E,单位V
2、电动势的方向:规定为电源力推动正电荷运动的方向,即从负极指向正极的方向,也就是电位升高的方向。
3、常用电压源:
(1)电池(2)太阳能电池(3)发电机(4)电子电源
4、电动势的符号和方向表示
可见其方向和电压方向是刚好相反的,而数值上U=E。电动势描述的是电源内部电源力克服电场力把正电荷从低电位推到高电位的正极所做的功,是其他形式能量转换为电能的过程。
电压描述的是电源外部的负载电路中(外电路)电场力推动正电荷从高电位移到低电位,同时克服负载中的阻力所做的功,是电能转换为其他形式能量的过程。
六、电阻
根据试验电路1,将电阻阻值分别换成100Ω和1KΩ、2.7KΩ的电阻,测试流过电阻的电流大小。
从测试结果可以发现,1KΩ电阻时测得的电流值小于100Ω,接2.7KΩ电阻时测得的电流值又小于1KΩ时测得的电流值。说明电阻越大,电流越小,也就是说电阻对电流的流动是起阻碍作用的。
1、定义:阻碍电流(或电荷)流动的物质能力。
2、电阻的单位:
电阻的符号为R,单位是欧姆,用希腊字母Ω来表示。
3、电导:电阻的倒数就是电导,符号为G。电导表示允许电流通过的能力,公式为:
G
1R电导的单位是西门子,符号是S。
4、电阻器:物体对电流的阻碍作用称为电阻,利用这种阻碍性质的元件称为电阻器。
电阻器最主要的应用是限流和分压,并在某些情况下产生热能。尽管电阻器在形状和 大小方面有很多不同的类型,但总的来说可以分为两大类:固定电阻器和可变电阻器。
(1)固定电阻器:固定电阻器是生产厂家批量加工而成,阻值不能改变。它提供的固
定阻值范围很广。(从实验箱中拿出相应的固定电阻直观展示)
(2)可变电阻器:通过人为或自动调节,可变电阻器的阻值可以很容易改变。(从实验箱中拿出几类常见的可变电阻直观展示)
符号:
小结:
1、了解电路的组成及作用。
2、掌握电压、电流、电位、电动势的定义及方向的判别。
关键词:初中物理,课堂教学,电路综合题,解题思路
电路综合题既是初中物理教学的重点, 也是教学的难点, 同时又往往是中考的压轴题, 因而备受师生的重视。长久以来, 不少人受应试教育的影响, 电学综合题解题的指导思想被定格在强调“见多识广”“熟能生巧”, 让学生在大量的强化训练中“悟出”规律, 于是“题海战术”应运而生。题海战术有一定效果, 但是学生苦不堪言, 收到的却是事倍功半的结果。
一、对电学基本规律和特点进行总结
1. 欧姆定律
对电路学基本的学习经验告诉我们:由于电压是形成电流的原因, 因此电压越高, 电流越大;而电阻是导体对电流的阻碍作用, 即电阻越大, 电流越小。
2. 焦耳定律
当导体中有电流通过时, 导体就要发热, 这种现象称为电流的热效应。英国物理学家焦耳经过多年的研究, 做了大量的实验, 终于在1841年精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和时间的关系:电流流过某段导体时产生的热量跟通过这段导体的电流的平方成正比, 跟这段导体的电阻成正比, 跟通电的时间成正比。
3. 电功定律
某段电路上的电功, 跟这段电路两端的电压、电路中的电流以及通电的时间成正比。物理学中用电路两端的电压U, 电路中的电流I, 通过的时间t, 三者的乘积来计算电功, 公式为W=UIt。
4. 串联电路和并联电路的特点
在串联电路中:电流处处相等;电路两端的总电压等于部分电路两端电压之和;总电阻等于各导体的电阻之和。在并联电路中:干路中电流等于各支路电流之和;各支路两端的电压相等;并联电路总电阻的倒数等于各并联导体的电阻倒数之和。
二、电学解题思路
1. 用“组合法”解题
“组合法”即根据题目已知的物理量和待求量, 进行观察看看能组合成哪些公式, 找到它们之间的关系, 再进行求解 (通常把题目中的恒量看成已知条件) 。
例1:育才中学物理实验室内有两只白炽灯泡L1和L2, 分别标有“220V 40W”和“220V 100W”, 如果这两只灯泡串联接入220V的电路中, 哪个亮些?
解析: (1) 已知额定状态可求出隐含条件两只灯泡的电阻R1、R2;
(2) L1与L2串联, 电流I作为隐含已知条件;
(3) 题目要求判断哪一个灯泡更亮些, 即求两只灯泡的实际功率P实。
观察:1.题目中涉及到的物理量有电功率P实、电阻R和电流I;
2. 观察P、I、R则组合成公式:P=I2R
∵R2<R1、L1与L2串联
根据公式P=I2R可知P1>P2
∴L1更亮些
我们由此也可得到一个小规律:两个额定电压相同的灯泡串联, 额定功率小的灯泡更亮。
3. 用“表达法”解题
“表达法”也可叫做“表示已知条件”法, 实质上就是“综合法”。“表示已知条件”法即是把已知条件中的物理量用公式表示出来, 再找待求物理量与已知物理量之间的关系, 逐步跟所求量联系起来, 思路是从已知量入手逐步探究到未知量 (列方程) 并进行观察、求解。
例2:ab和bc是两根电热丝, 若把ab端接入电压恒定的电路中, 其功率为60瓦, 若把ac端接入同一电路中, 其功率为15瓦, 则把bc端接入电路时其功率为多少?
解析:此题涉及两根电阻丝ab和bc及它们的已知电功率, 但其中电源电压及ab和bc电阻值是多少, 题目并未告知, 要直接求出bc端的电功率很困难, 但由题目可知Pab、Pac分别为60W和15W。
根据题意用表达法表示出已知条件:
∵题目中已知量有:P、U (隐含条件)
∴选用P=表示出电功率 (组合法)
又因为Rac=Rab+Rbc就可以找到待求物理量中的一个条件Rbc与已知物理量之间的联系了。
由此得出Rab:Rac=1:4, 即Rbc=3Rab,
再用“倒数法”得出
4. 用“电源电压不变法”解题
“电源电压不变法”一般用于以下三种情况:在同一电路 (或几个电源电压相等的不同电路) 中开关的闭合、断开等条件发生变化时, 引起的电路的连接方式发生变化, 但电源电压不变;在同一电路 (或几个电源电压相等的不同电路) 中, 电路中连入电阻的阻值发生变化时;在同一电路 (或几个电源电压相等的不同电路) 中, 变阻器的阻值发生变化, 引起电路中的电流的大小发生变化时 (电源电压不变) 。
例2同样也可以用此方法解答:
解析:根据题意中三段电阻丝分别三次接入同一电路中, 所以电源电压不变, 根据前面分析选用P=表示出电功率, 即有:
1.Rab接入电路时U2=Pab*Rab=60Rab
2.Rac接入电路时U2=Pac*Rac=15 (Rab+Rbc)
3.Rbc接入电路时U2=Pbc*Rbc
由此, 上面三个式子可以组成方程组求解即可
联立解方程组可得Pbc=20W
以上三种方法, 学生容易接受、易懂, 且克服了学生做题无法入手、做题难的畏惧心理, 能激发学生学习物理知识的兴趣。
参考文献
[1]黄炳海, 谈初中电路综合题解题思路[J].龙岩师专学报, 1999年03期
《物理课程标准》(2011版)中也强调:“物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练,而且应注重对学生学习兴趣、探究能力和创新意识以及科学态度、科学精神方面的培养.”足见科学研究方法教育的重要性.
最近,研读了张宪魁教授的《物理科学方法教育》一书,感触良多,激起了笔者对当下中学物理课堂教学中物理科学方法教育的兴趣.如何在中学物理课堂教学中渗透物理科学方法教育,从而使物理课堂的效果更加明显呢?结合苏科版物理教材的特点,通过一段时间的研究与摸索,我们在初中物理课堂适时地进行科学方法教育进行了有益的尝试,以期对当下物理课堂的变革产生积极的推动作用.
1苏科版初中物理教材中的科学方法教育的展现方式
现行的苏科版初中物理教材中涉及的科学方法主要有:观察法、类比法、抽象法、实验法、替代法、控制变量法和转换法等.
教材中关于科学方法教育主要是先以“隐性”后以“显性”的方式展现的,即在初中物理学习的起始阶段,科学方法都是通过插图、实验等“暗线”慢慢地浸透给学生,到了九年级再通过信息快递、物理方法等“明线”展示给学生,循序渐进、由暗及明,有利于学生的物理学习,同时通过物理知识和物理方法两条线索引导学生进行初中物理的探究学习,促进科学素养的提升.
2现行初中物理科学方法教育的现状析辩
我国从上世纪80年代开始对物理科学方法教育进行研究以来,理论和实践上都取得了一定的成果,但其应用领域主要集中在教育改革的先进地区,还没有得到广泛而深入的实施,尤其是针对城乡结合部区域和农村区域,许多问题还有待于在实践中进一步探索和研究.
现行的苏科版初中物理教材中的科学方法是以“暗线”的形式出现的,教师在实际的教学实践中都自觉或不自觉地渗透着科学方法教育,但由于科学方法教育的反馈不能立即达成,加之科学方法的显性考核很少,长此以往,广大的物理教师感觉科学方法教育犹如空中楼阁、虚无缥缈,导致现行的物理教学中科学方法教育可有可无、一盘散沙,这与课程的理念是有偏差的.
物理是一门科学,物理知识固然重要,但是学生掌握一定的科学方法再进行物理探究,更有利于学生整体素质的提高.因此,现今阶段,做好物理科学方法教育,仍然具有重要而深远的时代意义. 本文以《电路连接的基本方式》为例,阐述如何在初中物理的电路问题中进行科学方法教育.
3初中物理科学方法教育的具体应用——以《电路连接的基本方式》为例
3.1定义法——观察法
伽利略说过:“一切推理都必须从观察与实验得来”,而物理又是以观察和实验为基础的学科.可见,观察法是物理教学中最常见也是最基础的研究方法.
利用定义法识别电路连接方式的方法是:如果电路中各元件是逐个顺次连接起来的,此电路就是串联(图1);如果电路中各元件是并列地连接起来的,此电路就是并联(图2).
例如,图1所示的电路中各元件首尾相连,接在电源的两极上,为串联电路;而图2中两只电灯首端连在一起,末端也连在一起,然后接在电源的两端,为并联电路.
根据定义法来识别电路的连接方式主要应用的是观察法,观察法是人们为了认识事物的本质和规律,有目的、有计划地对自然条件下所显现的有关事物进行考察的一种方法,是人们收集、获取、记载和描述感性材料的常用方法之一,是人的眼睛在大脑的指导下进行有意识、有组织的感知活动,也是最基本、最直接的研究方法.
在电路问题的教学中,经常让学生观察电路,观察好了再进行解答,长期坚持,显性的教学行为,隐性的方法渗透,学生在潜移默化中就自然地掌握了观察法的操作要点.
3.2电流法——类比法
“以铜为镜,可以正衣冠;以古为镜,可以知兴替;以人为镜,可以明得失.”可见,古人就知道应用类比法来分析问题,足见类比法应用之广,它同时也是物理研究中的一种重要方法.
利用电流法识别电路连接方式的方法是:让电流从电源正极流出,经过各用电器回到电源负极,途中不分流,这些用电器就是串联(图3);如果电流在某处分为几条支路,然后电流又在某处汇合,若每条支路只有一个用电器,这几个用电器就是并联(图4).
例如,在图3所示电路中,电流只有流经灯泡L1、L2一条路径,判断其连接方式为串联;而图4中电流有通过S1、L1或S2、L2两条路径的选择,判断其连接方式为并联.
利用电流法来识别电路的连接方式,可以进一步巩固类比法的相关知识,类比法是为了把要表述的物理问题说得清楚明白,人们常常用具体的、有形的、人们所熟知的事物来类比要说明那些抽象的、无形的、陌生的事物的一种推理方法.通过类比使人们对所要揭示的事物有一个直接的、具体的、形象的认识,找出类似的规律.
在电路问题的教学中,将电流类比成水流进行分析,重点是分析清楚从电源正极回到电源负极的路径,通过学生熟悉的水流进行讲解,形象生动,便于理解,同时又能够巩固学生对类比法的有效掌握,慢慢地体会到类比法的本质含义.
3.3节点法——抽象法
“不管物理的任一分支是多么抽象,总有一天会应用在这实际世界上.”可见,抽象法与生活实际联系的紧密性,人类认识事物也在经历实际——抽象——实际的螺旋上升中,这是研究问题的一种普遍方法.
利用节点法识别电路连接方式的方法是:在识别电路时,不论导线有多长,只要其中没有电源、用电器,导线两端点均可以看成同一点,这样就可以找到用电器两端的公共点,然后把公共点按照原来的电路连在电源上,就得到了等效电路,从等效电路就较容易找出电路连接的方式.
例如,在图5所示电路中,在电路的节点处分别标上相应的字母,相同导线所标的字母应该相同,得到如图6的电路,然后把相同的节点按照原来的电路连在电源上,得到的等效电路如图7所示,进而判断三灯并联也就水到渠成了.
利用节点法进行电路的识别,其关键是要具有一定的抽象思维能力,这也是现阶段初中生感觉抽象法困难的地方,它需要学生在观察的基础上发挥想象,找到事物的内在本质,而抽象法就是利用概念,借助言语符号进行思维的方法,其主要特点是通过分析、综合、抽象和概括等基本方法协调运用,从而揭露事物的本质和规律性联系的一种研究方法.
在电路问题的教学中,引导学生将导线的两个端点看成同一点,抽丝剥茧、按图索骥,找到用电器两端的公共节点,进而引导学生的电路想象,帮助学生逐步形成抽象能力.
3.4拆除法——实验法
“任何人都得承认实验是科学之父.”实验是初中物理教学的主阵地和主旋律,经过实验法得出的结论才具有普遍的说服力,也正因为如此,实验法是初中物理教学中最直接的一种研究方法.
利用拆除法识别电路连接方式的方法是:拆除其中一个用电器,看其他用电器是否还能工作,若其它用电器都不能工作,则这几个用电器是串联的;若其它用电器正常工作,则这几个用电器是并联的.由于这一方法中用电器的工作与否易于观察,可以应用实验法进行教学.
例如,在识别电路时,常遇到用电器被短路的现象,可将被短路的用电器从电路上拆除,如图8所示,一根导线直接连在灯L1两端,灯L1被短路,没有电流通过灯L1,因此,用拆除法将灯L1从电路中拆除,等效电路如图9所示,然后再判断电路的连接方式.
电路的识别要求学生具备一定的简化电路的能力,而在学习的初期,通过实验法可以将研究的过程具体地展现出来,对其站在一定的理性高度分析问题起到了一定的铺垫作用,实验法就是根据研究的目的、任务,人为地制造或改变某些客观条件,控制或模拟某些自然过程而进行研究的一种方法.
在电路问题的教学中,可以事先准备好相应电路识别的实验器材,在遇到不会简化电路的实际问题时,通过物理实验器材自主探究拆除法对电路的实际作用,在学生的实际动手操作中将拆除法的隐性含义显性体会,同时形成通过实践来检验真理的良好习惯.
3.5滑动法——替代法
“重要的是科学方法,科学是思想的总结,认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大.”可见,物理研究方法的教育远比物理知识本身的教学重要得多,而替代法也是初中物理阶段经常采用的一种方法.
利用滑动法识别电路连接方式的方法是:在某用电器A的两端沿导线滑动,若不经过任何用电器就能滑到电源的两极,则此用电器和其他用电器是并联的;若滑动时要经过某一用电器B才能滑到电源的两极,则用电器A与B是串联的(电流表、开关不算做用电器).
例如,我们用滑动法来分析如图10所示的电路.电压表的负极接线柱保持不动,而电压表的正极接线柱可以沿着导线通过开关滑到电阻R2的右端,这样就容易判断电压表测量的是电阻R2两端的电压.
滑动法要求学生具备一定的转化意识和用已知的、便于观察的现象替代未知的、不易观察的能力,有利于学生正确分析电路问题.替代法是指在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程的研究和处理问题的一种研究方法,这样的替代有利于学生的后续学习.
在电路问题的教学中,教师可以先引导学生动态滑动替代,辅以实物器材的实验,再让学生自己动手分析,找出替代的本质真实含义,内化为自身的解题方法并用以指导自己的实际学习.
类比推理是根据两个或两类对象有部分属性相同,从而推出它们的其他属性也相同的推理。简称类推、类比以关于两个事物某些属性相同的判断为前提,推出两个事物的其他属性相同的结论的推理。如声和光有不少属性相同--直线传播,有反射、折射和干扰等现象;由此推出:既然声有波动性质,光也有波动性质。这就是类比推理。类比推理具有或然性。
类比推理是国家公务员录用考试的必考题型之一,在“行政职业能力测验”中,固定地有10道题目。学一手教育公务员考试研究中心的专家从公务员考试历年真题出发,从题型和考查内容上对类比推理的10道题做了详细分析。具体到题型,到目前为止共出现过三种:二项式、三项式和对称型类比推理。其中二项式型由07年的10题减少到09年的2题,三项式和对称型分别由08年的3题和2题增加到09年的4题。很明显第二、第三种题型在近年来的考试中比重逐年增加,难度也是依次增加的,因此应该引起我们重视从根本上突破类比推理的解题技巧。具体到词项间的关系,词组间的关系已经不仅仅是简单的并列、对立、包含等关系,很多词组间的关系很难进行概括,对常识的考查也越来越多,这样就将类比推理和常识考查结合了起来,2010年国考大纲中已经对常识部分进行了较大改革,因此学一手教育公务员考试研究中心的专家预测:将常识与类比推理相结合可能会作为今后类比推理题的一个发展方向。
从问题的设置入手
类比推理题目不难,是整张试卷最好挤时间的点,但简单并不代表我们都能做对。如果在这里失分,将非常可惜。要做到又快又好,一定要在考试时注意应试的技巧。具下面具体介绍几种技巧:
技巧一 尽可能多地了解两个词语间的常见逻辑关系。逻辑关系大多为因果、递进、转折、层进、条件、假设、并列、相反、类属、代表等,后面将举例说明。只有积蓄了这些逻辑关系,才能在短时间内准确地对类比对象进行分析,找出符合要求的逻辑关系,得到正确结论。
1.原因与结果
【例1】努力:成功:失败
A.生根:发芽:开花
C.发展:城市:乡村 B.耕耘:丰收:欠收 D.起诉:原告:被告
【考题解析】该题题干中的第一个词与后两个词具有某种条件(或因果)关系,即只有努力才能成功或者说努力是成功必不可少的原因之一,同时努力了不一定成功,还可能失败。努力能引起成功和失败两种相反结果。弄清了这一关系,就很容易找出正确的答案。答案是为B。
2.工具与作用
【例2】伤人:汽车:运输
A.鱼网:编织:鱼群
C.捕鱼:鱼网:出海
3.物体与其运动空间
【例3】轮船:海洋:陆地
A.飞机:海洋:天空
C.海鸥:天空:地面
4.特定环境与专门人员
【例4】商场:售货员:经理
A.生猪:工厂:城市
C.农民:阡陌:大路
5.整体与其构成部分 B.教室:学生:老师 D.野兽:旷野:地球 B.海洋:鲸鱼:陆地 D.山:河流:芦苇 B.海难:编织:鱼网 D.捕虾:鱼网:捕鱼 【考题解析】中间是工具,两旁是两种不同用途的后果。此题答案D。【考题解析】前两词为物体与其运动空间,后两词为对应关系。此题答案为C。【考题解析】特定环境联想到特定人员。此题答案为B。
【例5】水果:苹果:圣女果:无花果 A.水果:香梨:黄梨:贡梨 C.家具:桌子:椅子:凳子 个“果”字,所以答案为选项B。6.同一类属下的两个相互并列的概念 【例6】绿豆:豌豆 A.家具:灯具 哺乳动物。答案为D。7.同一事物的两个不同称谓 【例7】芙蕖:荷花 A.兔子:月亮 8.事物的出处与事物 【例8】稻谷:大米:粗糠 A.核桃:桃仁:桃壳 C.西瓜:瓜子:瓜皮 答案为B。9.工具与作用对象 【例9】剪刀:尺子:布匹 A.玻璃:屋顶:门窗 C.衣服:剪刀:缝纫机 【考题解析】此题答案为B。10.作者与作品
【例10】易中天:三国志;三国演义 A.宋江:花荣:水浒传 C.王勃:李白:长恨歌
B.鲁迅:呐喊:少年闰土 D.于丹:孟子:论语 B.锯子:斧子:木头 D.门窗:玻璃:木头 B.棉花:棉绒:棉子 D.枪:子弹:弹头
B.住宅:府第C.伽蓝:寺庙
D.映山红:杜蘅
【考题解析】此题答案为C。因为芙蕖是荷花的书面别称,而伽蓝是寺庙的书面别称。
B.猴子:树木
C.鲨鱼:鲸鱼
D.香瓜:西瓜
【考题解析】对于此题,考生常常是看到哪里就选到哪里,尤其是选项C,其中的鲸鱼其实不是鱼,而是
B.树木:树枝:树干:树梢 D.山脉:天山:高山:昆仑山
【考题解析】该题题干中“水果:苹果:圣女果:无花果”四个词之间是总称与特称的关系,并且都有一
【考题解析】因为稻谷是大米和粗糠(大米的外壳)的惟一来源,而棉花是棉绒和棉子的惟一来源。此题
【考题解析】易中天的《品三国》主要源于《三国志》和《三国演义》,此题答案为D。11.物品与制作材料
【例11】书籍:纸张:()相当于菜肴:():萝卜 A.毛笔、宣纸
B.文具、文具盒
C.油墨、调料
D.铅笔、辣椒
【考题解析】此题答案为C。12.专业人员与其面对的对象 【例12】作家:出版商:读者 A.售货员:经理:顾客 C.官员:改革:百姓
销商品,消费者才能了解厂商。此题答案为D。13.事物的环节
【例13】争议:仲裁:听证A.诉讼:审判:旁听
C.突发事故:现场抢救:善后处理
B.通货膨胀:宏观调控:货币政策 D.交通安全:交通法规:交通警察 B.校长:教师:学生 D.厂商:营业员:消费者
【考题解析】作者通过出版商出书使读者认识他。作者与读者很难直接见面。厂商通过营业员向消费者推
【考题解析】发生争议后进行仲裁,然后是执行过程。听证是劳动仲裁中的程序。那在诉讼审判中旁听也是同时发生的程序。此题答案为A。14.特殊与一般
【例14】馒头:食物:物质 A.食品:副食品:饼干 C.手:手指:食指
B.头:身体:躯干 D.钢铁:铁:金属
【考题解析】注意铁与钢铁没有种属关系,只是含碳量的不同。此题答案为D。
技巧二 答题时要将四个选项看完之后,逐一分析,找到与题干词有最多共性,以及在本质属性上最为相似的备选项。特别要注意词性间的类比。【例15】安居乐业:颠沛流离A.吸收:放弃
C.雪中送炭:雪上加霜
B.简单:杂乱
D.巧夺天工:鬼斧神工
【考题解析】这种题相对比较简单,首先从逻辑关系上看,安居乐业:颠沛流离是对立的关系,意义相反。其次,从匹配度上来看,他们都是成语。因此,选C。【例16】()对于知识相当于分析对于()。A.书本 理论 C.学问 研究
B.学习结论 D.学生 研究员
【考题解析】这种题目由于题干没有给出任何一组完整的词,因此,不能直接判定所需的逻辑关系。所以,要将四个选项都带入并进行比较,才能得出。这里选择B,学习为了得到知识,而分析为了得到结论,属于目的关系。而且,更为快速的思路是,分析是个动词,是个行为,因此,第一个()也应该找一个表示行为的动词会比较匹配,这里“书本”,“学问”“学生”显然都是不合适的。【例17】恋爱: 结婚 A.打架 :斗殴 C.狂风:细雨
B.骄傲 :落后 D.祖国 :大地
【考题解析】“恋爱”和“结婚”都是表动作的名词,“打架”和“斗殴”也都是表动作的名词。词性相同一般为最优选项,所以选A。
技巧三 将类比推理题中的词语用合适的词语连接,形成完整的句子,有助于加快解题速度。【例18】马铃薯:土豆 A.地瓜:红薯 C.甘蓝:大白菜 【例19】逗号:中止 A.拂晓:黎明 C.回车:换行
B.节省:吝啬 D.好像:好比 B.西红花:玫瑰 D.杨花:柳絮
【考题解析】“马铃薯”就是“土豆”。“地瓜”就是“红薯”。选A。
【考题解析】“逗号”用于“中止”。“回车”用于“换行”。选C。【例20】雨伞 : 挡雨 A.火机:打火 C.志气 :有用
B.书本:录用 D.革命:同志
【考题解析】“雨伞”用于“挡雨”。“火机”用于“打火”。选A。【例21】旗帜:天空 A.书本:页码 C.棋子:棋盘
B.字符:音节 D.同事:同志
【考题解析】“旗帜”在“天空”(飘扬)。“棋子”在“棋盘”(行走)。选C。【例22】失恋了: 很痛苦 A.夜晚断电了:屋里黑 C.加油站:洗车房
B.学问大:知识广 D.开汽车:奔驰车
【考题解析】“失恋了”后“很痛苦”。“ 夜晚断电了”后“屋里黑”。【例23】绿豆:豌豆A.家具:灯具 C.鲨鱼:鲸鱼
B.猴子:树木 D.香瓜:西瓜
【考题解析】“绿豆”和“豌豆”都是豆。“香瓜”和“西瓜”都是瓜。
一个完整的问答题应该包括四部分内容
物理现象、物理过程、理论依据、正确结论,有上述几部分基本就可以得到满分。
以某市中考题为例:
小磊同学是班里的“大力士”,一天他放学回家,看到公路上有一块大石头,他担心大石头会妨碍车辆正常通行,于是他决定把石头推到路边,但是他费了很大 的力,累得满头大汗,石头却一点没动,他的同学小颖恰好路过,看到此情景说“你的行为很值的赞赏,但是你对石头并没有做功。”你认为小磊同学对石头做功了 吗?为什么?
有不少考生答案是没有做功,因为石头没有移动距离,最多可得一半分,因为他没有把理论依据说出来。
正确答案是:
(1)小磊对石头没有做功(结论)
(2)根据做功的两个必要条件:一是有力作用在物体上,二是物体在力的方向上通过距离(理论依据)
(3)小磊对石头用了力,但石头没有在力的方向上通过距离,所以小磊没有对石头做功(物理现象和物理过程)
再举一个中考问答题为例:
用久的灯泡壁发黑,在相同电压下工作时,亮度比原来的要暗一些,为什么?
有的考生就一句话,先升华后凝华。这只能给1分,正确的答案是:通电的灯丝在高温下由固态钨升华为气态的钨灯丝会变细,气态的钨遇到冷的灯泡壁,产生凝华现象,形成固态的钨,所以灯泡壁变黑了。
广西师范学院物电系 袁守华 2011年5月
一、内容简介:„全书四个章,近25万字‟
本书遵循独特的研究思路,围绕“怎样分析复杂物理过程”、“怎样选择用于解题的物理公式”等重要而又长期不得破解的迷团,对物理解题思维过程的规律性和基本思维方法进行了深入系统地分析研讨,揭示了物理解题思维过程中一系列最基本的奥秘,填补了习题教学研究中一系列重要的空白。本书内容既有突出的新颖性、理论性,又有强烈的教学针对性和实用性,能帮助读者对解题思维过程获得更加深入清晰的认识,帮助执教者用较少的时间使学生的解题思维能力得到更快更大的提高,有效提高习题教学的效率和效益。
适合从事中学物理教育的教师和师范院校物理专业学生阅读、参考,还可供对解题思维感兴趣的非物理课教师和相关理论工作者参考。
二、研究简历: 作者生于1942年,对解题思维的兴趣始于青年时期。
1990年发表论文代表作《教学解题理论若干概念简介》„中学物理教学参考‟,此文多次获评一等奖、特等奖,2007年获“中国教育实践与研究论坛”论文大赛一等奖,先后入编《现代教育理论与实践指导全书》等二十多部大型文献。
1991年发表论文《物理计算题的变化及解法特点》„物理教学探讨‟。
1999年发表论文《解题思维中研究对象的确定和转移》„中学物理教学参考‟。该文2010年入编大型文献《共和国重大前沿创新理论成果文选》
2000年发表论文 《解题思维的分析法和公式选择规则》„中学物理教学参考‟。2010年入编大型文献《中国当代社会发展报告》。
退休后,2004年初到2007年,在已有理论成果基础上,研制发布了新型计算机教学软件《高中物理智能解题导师 》„1.0、1.2、1.5三免费版‟。软件参加中央教科所举办的教育教学实践性研究成果评选获二等奖,同时收录入中国教育科学研究成果数据库。最新的1.5免费版已在互联网广泛传播„可搜索下载‟。
2009年论文《教学软件<高中物理智能解题导师>》„即本书第四章第一节‟,获“中国教育实践与研究论坛”论文大赛一等奖,2010年入编大型文献《共和国重大前沿创新理论成果文选》。
2008年初至2010年8月完成专著《物理解题思维的理论和方法》的撰写工作。
三、书的出版
作者:袁守华;出版单位:北京师范大学出版社;出版日期:2011年2月初;书号为:978-7-303-12041-3 ;定价:26元;印刷数量:3000。
目前<<物理解题思维的理论和方法>>已在当当网、卓越网上书店、文轩网„新华书店‟、北发图书、京东商城、孔夫子旧书网„多店‟、淘宝商城„多店‟、中国互动出版网、读买书网、蔚蓝网上书店、武汉光谷书城等网上书店和各地其它书店全面上市。买书不方便的读者,或最终没能买到书的老师,可与作者联系„电子邮箱:nnsmxdl@gxtc.edu.cn‟,作者可以提供邮购渠道办理邮购„总的费用与在书店购买基本相当。‟
四、《物理解题思维的理论和方法》 目 录〔细〕
前言 第1章 问题解决系统 物理问题 物理知识
1.1问题的提出 …………………………………………………
1.1.1 问题的提出 1.1.2 研究的基本思路
1.2 问题解决系统和物理习题 …………………………………………………
1.2.1 问题
1.2.2 问题解决系统
1.2.3 物理习题 1.2.4习题在物理教学中的作用 1.3 物理计算题的组成和解法
…………………………………………………
1.3.1 物理计算题的四种已知条件
1.3.2 物理图象提供的条件
1.3.3 初始条件、衍生条件和闲置条件
1.3.4 条件的三种作用
1.3.5 物理计算题的要求 衍生待求量
1.3.6 计算题的解法与寻找解法
1.3.7 物理解题思维方法
1.4物理计算题的性质
…………………………………………………
1.4.1 内蕴性 1.4.2 知识相关性 1.4.3 启发性 1.4.4 条件与要求相匹配 1.4.5 条件的无序性 1.4.6 量值条件的分散性
1.5 物 理 知 识
………………………………………………………
1.5.1 物理模型和物理现象模型
1.5.2物理概念和物理量
1.5.3 物理定律和公式
1.5.4 解题过程中的关联环
1.6 物理知识间的联系 ………………………………………………… 1.6.1 知识元素与基本物理现象的从属关系 1.6.2 物理量与物理实物构件的从属关系 1.6.3 定义公式与物理量的从属关系 1.6.4 物理量与公式间的包含关系 1.6.5 解题思维中的引导信息
第2章 审题 物理现象的分析
………………………………………………
2.1解题理论相关研究简介
……………………………………………
2.1.1 认知心理学对解题过程的研究
2.1.2 程序性知识和产生式 2.1.3 数学教学领域对解题过程的研究
2.2 审题一
审题意
………………………………………………
2.2.1 通读题目
2.2.2 分类研读
2.2.3 含蓄词语研判 2.2.4 分析特殊等量关系 2.3 审题二 审解题方向………………………………………………
2.3.1 问题的相关知识域 2.3.2 用问题的知识标记判定解题方向 2.4
通过分割重组和匹配分析物理现象………………………………
2.4.1 现象分析的意义 现象规定公式 2.4.2 通过分割重组和匹配识别物理现象 2.4.3 现象分析的六种方法要素 2.4.4 适用现象模型与问题间的联系 2.5 具体现象的模型化处理…………………………………………… 2.6 研究对象的确定和转移 ……………………………………………… 2.6.1 物理问题中的研究对象 2.6.2 问题中研究对象的识别 2.6.3 寻找解法过程中研究对象的转移
2.7
现象分析举例之一 ……………………………………………… 2.7.1 力型综合题 2.7.2 过程重复发生的问题 2.8
现象分析举例之二 ……………………………………………… 2.8.1 多阶段问题 2.8.2 隐性多阶段问题 2.8.3 多对象问题 2.8.4 例题小结 2.9 综合题的分解与还原 …………………………………………
2.9.1 物理现象模型与典型基本题 2.9.2 综合题的分解与还原 第3章 寻找解法的算法分析
……………………………………………… 3.1 算法分析的分析法和公式选择规则
…………………………… 3.1.1 例子 3.1.2 分析法及其特点 3.1.3 分析法中公式的优先选择规则
3.2算法分析的综合法
……………………………………………
3.2.1 综合法及其特点 3.2.2 综合法中公式的优先选择规则 3.2.3 综合法与分析法的比较 3.2.4 衍生量、闲置量在公式选择中的作用 3.3 分析法与综合法的联合运用 ………………………………… 3.4 算法分析的方程组法 ………………………………………… 3.5 问题解决系统的状态变化 …………………………………… 3.5.1 解题过程中子系统的相互依赖和制约 3.5.2 问题子系统的初始状态
3.5.3 现象分析阶段问题子系统的状态变化 3.5.4 算法分析阶段问题子系统的状态变化 3.5.5 寻找解法过程中知识子系统的状态变化 3.5.6寻找解法过程中解题思维操作子系统的状态变化
3.5.7 寻找解法阶段的过程模型
3.6 解题思维中的自我评价和调整 ……………………………… 第4章 几个相关的问题
4.1 教学软件《高中物理智能解题导师》 ………………………… 4.1.1 一个教学死角 4.1.2 软件的编制
4.1.3 软件编制与教学解题理论研究 4.1.4《高中物理智能解题导师 V1.5 免费版》简介 4.1.5 教学软件展望
4.2 问题的难度及其教学应用 …………………………………… 4.2.1 问题的客观难度和主观难度 4.2.2 问题的平均难度 4.3 解题思维与思维能力培养
…………………………………
4.3.1 解题过程是一个具体化的认识过程
4.3.2 解题思维中的分析、综合和比较 4.3.3 解题思维中的逻辑推理
4.3.4 传统练习题体系的缺陷及其改革 4.3.5 高考试题的局限性
参考文献 ……………………………………………………………………
了解书的更多相关情况,请到作者个人主页:
http:///tresearch/wrindex.jsp?cid=00001&wrid=WR_824682&fromCookiePage=true。
五、《物理解题思维的理论和方法》导读
从教学实践的基本经验事实出发,在深入分析这些事实的基础上,实事求是地进行系统地理论性地概括,是本书研究的出发点。
这本书里,第一章是对问题解决系统的静态横向解剖和分析。着重讨论物理问题解决系统的问题子系统和物理知识子系统。包括对问题子系统的组成、性质的讨论和对物理知识子系统的组成元素及其间联系的讨论。这个章是从物理解题思维角度介绍对物理问题和物理知识的一些最基本认识,是进行第二、三章讨论的逻辑根据和必须准备,它们的作用、意义要在第二、三章的讨论中方能展现出来。
本章1.3节,对问题中的条件做了更为细致的区分,把那些在存在形式以及所起作用方面都不相同的要素明确的区分开来,这将有助于全面清晰地进行审题,也有助于全面有效地利用问题里的各种不同条件。1.4节讨论了物理综合计算题的六种性质,这些固有性质,使物理计算题既不同于物理模型、概念、定律、法则等知识形态,又不同于语文、外语、政史等学科的问题。正是由于计算题具有内蕴性、条件无序性和量值条件的分散性,使我们在解题时必须经历一个或难或易、或长或短的思考过程,方能揭示出问题中蕴藏着的未知面„物理现象和数量关系‟,把那些分散在不同物件、现象、公式之上,看似杂乱无章的各种条件„量值的与非量值的‟,按特定方式组织和联系起来。如果说,这样的几种性质决定了解题思考的必要性,那么问题的知识相关性、启发性以及条件与要求相匹配的性质则决定了成功解题的可能性,这些性质使我们可以沿着条件所铺垫的轨道,充分利用问题中提供的各种线索„引导信息‟和相关知识最终寻找到问题的答案。本章1.6节讨论了物理知识元素之间存在的四种关系,即知识元素与基本物理现象的从属关系;物理量与物理实物构件的从属关系;定义公式与物理量的从属关系;物理量与公式间的包含关系。这些长期被忽略的关系„联系‟在物理学中并不引人注目,但在解题思维中却发挥着重要的作用,是人们进行联想、回忆活动的客观基础。正是这些关系的存在,使人们能够在解题时从当前已经呈现出来的东西出发,由此及彼的联想、回忆出相关的东西„物理知识元素‟,进而作出相应的选择。如果没有这些联系,我们的联想、回忆和选择都将失去方向,也不可能有效地展开。本章中例子偏少,有的地方采用了半形式化的方法,读来可能有点枯燥。
第一章的第一节有特殊意义:
其中的1.1问题的提出,提供了一个从那些看似微不足道,习以为常、熟视无睹的身边事物中,捕捉、发现有价值的研究课题的例子(本书其它章节还提供了不少这样的例子)。发现、提出问题是进行科学研究的第一关键环节,善于从教育实践中那些看似微不足道,习以为常、熟视无睹的身边事物中捕捉有价值的研究课题,是进行创造性教育教学研究的重要条件。
作者认为,其中的 1.1.2“研究的基本思路”,是本书最重要的部分之一,它既阐述了作者的基本研究思路和思想方法,又构筑了本书的基本研究框架,可能是本书里最大的“渔”。如此明确阐述的研究思路和思想方法在教育领域是很少见的,其中凝聚、综合了辩证法、系统论、逻辑学、科学分析方法、思辩方法等一系列重要的思想方法。正是这些东西,使本书的研究不同于过去人们在解题思维及习题教学方面的研究,摆脱了旧有研究框架的束缚,发现了一系列新的东西,破解了几个长期不破的难题。这样的研究思路和思想方法对人们从零星的经验积累跃升到系统性的教育教学理论研究可能是非常有益的。作者的论文代表作《教学解题理论若干问题简介》,之所以被收编入数十家大型文献,其中一个重要原因可能就在于拥有这段具有广泛意义的描述。
1.1.2 “研究的基本思路”中,有如下一段描述:“中学物理计算题的解题思维过程因题因人而异,有着极端的多样性,似乎很难找到其中的共性。然而如果把复杂的综合题看成是问题的完全形态,把简单的基本问题看成是一种简化形态,把成熟的思考当作一般的东西,那么对成熟的完全形态的解题思维过程进行研究仍然是很有意义的”。通过这段文字,作者试图说明,如果在某类事物或现象中,存在着具有极端多样性的大量个别事物或现象,那么首先就需要找出其中最有代表性和实践意义的事物„现象‟作为典型研究对象,要从这种典型对象入手,才能进行最有成效的研究。这是对获得研究成果具有重要影响的一个因素。
第二、三两章是对解题思维过程的纵向动态分析,即把解题思维当作一个运动、变化的过程来加以考察。其中主要包括对解题过程思维过程的审题阶段、现象„过程‟分析阶段和算法分析阶段„第三章‟的顺次讨论。文中着重讨论了审题的一般内容和方法和解题方向的审视;综合题里复杂物理现象„过程‟的通用分析方法以及用于解题的公式的选择规则等最基本的问题。这两章是对习题教学最具实用意义的部分,也是极具创新意义的部分。其中的第2.3 节 “审题二 审解题方向”、2.4节 “ 通过分割重组和匹配分析物理现象”和3.1 节 “算法分析的分析法和公式选择规则”等,是全书最核心的内容,它们破解了几个非常重要但又长期没能阐明的重要谜团。
这两章里,对若干例题做了特别深入细致的分析探讨。作者认为,只有通过这种特别深入细致的分析探讨,才能揭示那些隐藏于过程内部深处的本质特征和规律性联系,只有这样做才能发现那些隐藏甚深的东西。对这样的东西,粗浅的跑马观花是无济于事的。数学上的微元法,马克思讲要解剖一个细胞,毛泽东提倡解剖一支麻雀,这些都是要求我们对代表性的个案„典型事例‟做特别深入细致的解剖、分析。
第四章提出并讨论了几个相关的问题。其中的观点非常新颖、独特、大胆,具有前瞻性,提出了当今教学体系中存在的某些重大问题,老师们看看可能也会很受启发。作者认为,现有的教学体系可能并不是那么完美,对于其中存在的问题,只要有理有据,实事求是,就可以大胆地提出来,这是百花齐放,繁荣教育研究所必须的。
这本书没有讨论它的教学应用问题。例如:哪些内容应当„或不必‟向学生讲,„不必‟让学生知道;对其中那些学生既应当知道又应当会用的东西,又要用怎样的方式实施教学才能获得最高的效率和效益。又如:各个年级的教学布局问题。哪些方法宜于在初中学习,哪些宜于在高一学习,那些东西宜于通过高一高二的适当循环获得加深和巩固。诸如此类的问题都有待老师们的进一步探索。作者认为,选择好恰当的时机,选择好适当的例题„不用过多‟、寻找适当的教学手段、工具,设计适当的教学方式、过程,是实现高效教学应用的关键。阅读本书,不仅要注重其中关于物理解题思维所提出的问题和获得的结论,而且要同样注重书中所采用、体现的研究方法和思想方法。这样做,对读者在自己的实践中开展教育教学研究,从零星的经验积累上升到深入系统的理论研究将是非常有益的。
六、读者对《物理解题思维的理论和方法》的评论:
一、整体和隔离
物理教学过程中, 常用的解题方法主要为两种: 整体解题方法和隔离解题方法, 这两种解题方法的解题思维对综合知识要求很高. 高中物理题的解题难度很大, 其解题步骤非常繁琐.整体和隔离的思维模式可以将复杂的物理习题简单化, 通过局部求解的方式, 逐一击破物理难题. 整体思维是习题的宏观考虑, 排除其细枝末节, 将互相有联系的物体事物看做一个整体, 这种解题思路, 不仅能够使学生的解题思路更清晰, 还能够将物理习题的难度大大降低. 隔离思维是将局部习题难点, 进行重点突破, 使其脱离物理整体, 从客观的角度考虑其局部的物理含义, 寻求解题思路, 物理习题中的相关等量关系有很多, 隔离思维方式可以广泛的应用在这种类型的物理习题中.
例1如图1所示, 在光滑的水平面上, 有等质量的五个物体, 每个物体的质量为m. 若用水平推力F推1号物体, 求: ( 1) 它们的加 速度是多 少? ( 2) 2、3号物体间的压力为多少?
解题策略: 因各个物体的加速度相同, 可以五个物体整体为研究对象求出整体的加速度. 再以3、4、5号物体为研究对象求出2、3号物体间的压力.
解题提示: 对整体F = 5ma, 对3、4、5号物体T = 3ma, 得a= F /5m; T = 3F /5.
二、归类与转化
物理模型可以帮助学生找到解题思路, 是学生解题的重要环节. 在传统物理教学中, 教师对归类和转化的教学观念并不重视, 导致学生缺乏归纳和转化技巧. 随着物理教学改革的不断推进, 归类和转化在物理教学中的地位越来越明显, 在高中物理教学中具有重要发展地位. 将同种类型的习题进行系统分类, 规范解题方法和解题技巧, 之后通过各种解题方法的转化, 可以大大降低物理习题的解题难度. 据相关数据统计, 高中物理习题中有近70% 的习题, 需要用到归类和转化思维, 由此可见, 归类和转化思维方法对高中物理教学具有重要影响意义.如图2所示, 一个细线连接两个同等质量的小球, 在磁场强度E的作用下, 小球均带正电, 电量分别为Q1和Q2 ( Q1> Q2) . 当细线与电场方向平行时, 小球会发生相应的运动. 这是一道电学题, 通过对习题进行分析可知, 两个小球的运动加速度是相同的, 因为它们受到的外力是相同的, 为E ( Q1+ Q2) . 在解题过程中, 学生可以将关于力和加速度的力学问题, 应用牛顿第二定律及物体受力分析便可以使问题得到有效解决.
三、正向和逆向
正向思维和逆向思维是物理解题的两种思维形式, 在高中物理传统教学中, 其思维方向对学生解题具有重要影响意义. 学生在解题时通常会应用正向思维, 这种思维模式的应用范围很广, 但是部分习题并不适用于正向思维, 甚至有时一味寻求正向思维的解题模式会严重阻碍正常的解题步骤, 使学生陷入思维困境. 逆向思维是背离正向思维的一种新型思维模式, 将物理习题倒过来思考, 对于个别习题来讲, 有时逆向思维会大大降低物理解题的复杂程度. 如, 卡车在匀速行驶时, 突然紧急制动, 经过8秒之后才停下来, 最后一秒卡车的位移是2米, 求卡车的加速度和匀速行驶速度. 这是一道典型的运动学物理题, 在解题时应运用常规解题思维, 由于需要计算的各项物理参数很多, 如果这道题的解题步骤相对比较繁琐, 如果在解题时运用逆向思维, 把紧急制动过程看作初速度为零的匀加速直线运动的逆过程, 最后1秒位移就变成了匀加速运动的最初1秒位移, 卡车匀速行驶的速度就变成了匀加速运动的末速. 通过简单的运动学公式就可以计算出正确答案. 如果条件里有a, s, v三者中两者, 求第三个就用v22- v21= 2as,
有s, a, t中两者求第三个用s = 0. 5at22或有v0时s = v0t +0. 5at2, 有a, v, t中两者求第三个用v = v0+ at.
四、代换和推理
高中物理教学涉及到的基本概念很多, 其物理原理是学生解题的重要科学依据, 但是如果学生在解题时完全依照传统的解题思路去解题的话, 会增加解题的复杂性和局限性. 所以在解题过程中, 有效运用代换与推理解题思维模式, 将固定的物理量转化成一个物理计算过程, 将物理模型与复杂问题解答有效结合在一起, 使解题方法简单化, 并且能快速将问题计算解决, 对提高学生解题速度具有很大的帮助. 例如, 黄金代换公式:
一、正向思维和逆向思维
所谓正向思维就是“循规蹈矩”,从问题的始态到终态,顺着物理过程的发展去思考问题。而逆向思维则是反其常规,是将问题倒过来思考的思维方法。根据因果关系、由果导因,它是解决物理问题常用的思维方式,也是高考考查的重要内容之一。我们都习惯于正向思维,许多物理问题,如果逆着正向思维的方向提出,往往不知所措。因此,应有意识地对某些题目进行逆向置换,即从事物的反面提出问题,以加强逆向思维能力训练,培养思维的灵活性。
例1:火车刹车后经过8秒钟停下,若它在最后1秒内通过的位移是1米,求火车的加速度和刹车时火车的速度。
解析:本题若沿正向思维的思路来解,将是十分繁琐的,不过若倒过来考虑,将火车的运动逆时间顺序倒推过去,则刹车过程看作初速度为零的匀加速运动的逆过程,最后1秒通过的位移就变成了匀加速运动的最初1秒通过的位移,火车刹车时的速度就变成了匀加速运动末速。由运动学公式s=v0t+at2,vt=v0+at易得a=2m/s2,v=16m/s。
二、发散思维
所谓发散思维是依据研究对象所提供的各种信息,使思维打破常规,寻求变异,广开思路,充分想象,探索多种解决方案或新途径的思维方法。它的主要特征是求异性和多样性。故此我们应通过一题多变、一题多解等进行发散思维训练,从而灵活地掌握各知识点,进而巧解巧算。
例2:总质量为M的列车,沿水平直轨道匀速前进,其质量为m的末节拖车于中途脱节,当司机发觉时,车已驶过路程l,于是立即关闭气门,撤去牵引力,设阻力与车重成正比,机车的牵引力恒定不变。求两部分列车完全停止后,它们之间的距离S。
解析:对于此题,可用牛顿第二定律和运动学公式解答,但太繁。若用功、能的观点来分析就很简单。事实上,如果末节拖车脱节时,司机立即撤去牵引力,则列车的两部分完全停止时,它们的距离为零,显然,牵引力在路程l对车头所做的功,等于车头比末节拖车多通过距离S而克服阻力所做的功。考虑到列车开始时做匀速运动,则有,F牵=kMg,w=kmgl=k(M-m)gs,因此s=■。
三、隔离思维和整体思维
隔离思维是将研究对象隔离出来进行分析,使用它不仅能求出与部分有关的物理量,而且可以求出与整体有关的物理量。而整体思维即本着整体观念对系统进行整体上的分析,通观全局。处理好隔离思维和整体思维的关系,可以找出解题的简捷方法。是解题中的一种普遍有效的思维方式。
例3:如图所示,带有等量的异种电荷的A、B两金属球,A带+q,B带- q,用绝缘细线相连后悬起,并置于水平方向的匀强电场E中,当小球重新平衡时,OA、AB两线与竖直方向夹角是多少?
解析:先将A、B两金属小球作为一个整体,总电量为0,水平方向所受的电场力的合力为0,还受到竖直向下的重力和OA线的拉力,由二力平衡条件可知:OA线应在竖直方向上。即与竖直方向夹角为0,对于B球,进行隔离分析,把B球单独受力分析,如图tanθ=:可有,从而求得。
四、图象思维
所谓图象思维是指利用图象的物理意义来分析问题的思维方法,如运动学中的追及问题、振动和波的问题、热学中气体连续变化的问题,均可利用图象进行分析,既直观又方便。
例4:如图所示,竖直平面内一个光滑圆轨道,AB为水平方向的直径。甲乙两小球同时以同样大小的速度从A出发,沿圆环按图示方向向B运动,运动中不脱离环壁,则:
A.两球到达B点的速率相等
B.小球甲先到达B点
C.小球乙先到达B点
D.质量小的小球先到达B点
解析:由机械能守恒可得两小球到达B点的速率相等,但哪个球先到达?这种运动学的问题,若利用s-t图象、v-t图象,则可形象直观。画出v-t图象如图,甲先减速后加速,乙先加速后减速。表示物体所通过的路程面积要相等,由图可知小球乙先到达B点。答案选(AC)
物理学是一门实验科学,而我们目前的物理教学,基本上是停留在关于物理学的知识系统的归纳和理论体系的阐述上,就连物理实验本身的教学,也是按教材的分析按部就班地进行纯理论的讲解.其弊端是显而易见的,如果考查的实验不是教材所限的实验呢?
一、实验设计教学的必要性
1996年上海高考第四(5)题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度,就属于设计型实验.但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量,使实验定位在电阻或电阻率的测定上,又大大降低了实验难度,只属于局部设计型实验.无论命题者出于何种考虑,设计型实验毕竟半遮半掩地出现了,这多少给教学工作者提了个醒.
1.从小处着眼,加强实验设计教学
上海作为高考改革的试点城市,其成功的改革将为全国高考提供可能的改革方向,甚至一些新颖的题型和情境,都可能为全国高考所借鉴.如1996年全国高考第21题就是从1995年上海高考第一(5)题脱胎而来的.无疑上海高考关于实验设计的考查是又一个成功的改革举措,极有在全国推广的价值.而物理《考试说明》中要求“会用在这些实验中学过的实验方法”,也为实验设计的考查在全国的推广提供了可能.
2.从大处着眼,加强实验设计教学
著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中,曾严厉指出:“今天我们科学界有一个弱点,这就是思想不很活泼,这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”;我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件,最后只有一个小小的空格“是……”.这样培养选拔出来的人才在学校是好学生,步入社会是好职员,大脑中只是机械地跳动着两个问题:“你要我做什么?你要我怎么做?”工作常常:“完成”的相当漂亮,但思想僵化,毫无创见.这正是我们的悲哀!长期以来的这种教育选拔模式,致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪!
思想不活跃,是因为我们给了学生太多的“必须”的限制;思想僵化,是因为我们留给学生太少的“可能”的`余地.实验设计的教学,正是活跃思想,培养能力的一种好方法,授以实验的基本方法,让学生自己去考虑有哪些可能的做法,自己会怎么做.
二、实验设计的基本方法
1.明确目的,广泛联系
题目或课题要求测定什么物理量,或要求验证、探索什么规律,这是实验的目的,是实验设计的出发点.实验目的明确后,应用所学知识,广泛联系,看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过,与哪些物理现象有关,与哪些物理量有直接的联系.对于测量型实验,被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示;对于验证型实验,在相应的物理现象中,怎样的定量关系成立,才能达到验证规律的目的;对于探索型实验,在相应的物理现象中
思维能力是人智力的核心。在人的智力组成因素中,思维能力起着统摄全局的作用,它在反映客观事物深刻、准确、全面的程度上,以及解决实际问题的速度与质量上,能够集中表现人的智力的高下。因此,学生的思维能力的训练,则集中表现在对基本思维方法的运用、通过对物理研究方法的有效运用和通过对语言的运用和训练等方面。
一、通过对基本思维方法的运用来训练思维
尽管人的思维活动在质上和量上都具有无限的多样性,思维训练的基本方法仍然同基本思维方法相同而且相容。例如,要求学生把几件事物进行比较,学生就首先要在头脑中把比较的事物进行分析,这是分析过程;然后在头脑中通过比较确定事物间的相同点与不同点,这就是进行着综合。在学生运用比较的思维过程中,通过分析学生受到了运用分析的训练,通过对异同点的确定,学生则受到了运用综合的训练。如果还要求学生从不同的角度进行比较,还可以使学生受到多角思考的训练。由上面的分析可以看出,通过运用比较这一基本思维方法,可以使学生的思维受到一定的训练。
二、通过对物理研究方法的有效运用来训练思维
物理研究方法同基本思维方法一样,都是研究物理问题必须用到的思考方法。但是,物理研究方法与基本思维方法具有不同的层次和作用。物理研究方法是研究物理现象时考虑问题的原则或思路,而基本思维方法则是最基本的思考方法。掌握物理知识、解决物理问题,需要把两者配合使用。因此,研究物理问题时,抛开具体内容不谈,掌握和运用物理研究方法本身具有训练思维的作用。由此可以说,理解和运用物理研究方法也是一种思维训练方法。这种形式的思维训练对于体现物理学科特点,对于培养学生的有关物理能力有着其他方法不可替代的作用。
在教学中,我们应按照方法上比同,内容上比异的方法,不断加深学生对物理研究方法的理解,提高其运用物理研究方法的水平,以训练和发展学生的思维。
三、通过对语言的运用和训练来训练思维
人的思维不仅在语言中表现出来,也在语言中固定下来。因而可以说,语言是思维的“物质外壳”,是思维的主要工具。离开了语言,思维就失去了赖以存在及进行的依托。这一结论可以给我一些有益的启发。
例如,学生的解题答问,必然要运用语言。首先,运用语言本身,实质上是人脑对思维的运用,因为语言只是外壳、只是工具,而思维训练就是指对思维的运用,从这个意义上讲,在物理教学中,运用语言(主要是自然语言及学科语言)是训练学生思维的一种方法。
其次,学生运用语言的水平,如严密与否、准确与否等情况能够充分反映其思维的品质。例如,如果一个学生对同一问题能想出几种不同的解法,这就证明他能够从多方面分析问题,其思维有一定的广阔性;反之,如果一个学生只能按照老师举的例题运用一种方法解题,在变化了问题面前束手无策,就反映了这个学生思维缺乏广阔性。因此,我们可以根据学生语言的情况把握其思维的品质,然后针对学生思维品质的各种缺陷进行多种有的放矢的思维训练。在这里,我们要强调的是,对学生在解题答问中表现出来的各种语病进行纠正,有着深刻的意义,因为语病的实质是思维品质方面的缺陷,纠正学生的语病,实质上是弥补其思维的缺陷,改善其思维的品质,纠正语病,从表面上看,是训练语言,但本质上则训练了思维。因此,训练语言也是训练思维的一种方法。
运用语言及训练语言是非常重要的思维训练方法。在学生用内部语言进行思维时,我们对学生思维品质的优劣、存在问题等情况都无法了解和掌握,也就不易控制和改变。但在学生的思维以外部语言表现出来时,也只有在这种情况下,我们才有可能根据语言这个外壳了解学生思维品质的优劣及存在问题,然后才能进行有的放矢的思维训练。因此,在教学中应该充分重视让学生解题答问,重视学生的语言,重视训练语言,以有效地训练思维。
总之,思维训练贯穿在整个教学的各个方面、各个环节,它是一个量大面广的长期任务。对于思维训练来说,不存在事半功倍的捷径,不能急于求成,拔苗助长,只有时时处处用心着力,从点滴做起,积少成多,才能使学生的思维能力获得实在的连续提高。
作者单位 西北工业大学附中
1.“上节课我们自己连接了简单电路,让一个小电灯亮了起来,现在我们面前有两个小电灯,你能把它们接入电路,也能使它们都发光吗?大家试试看,比比谁的方法多,”然后展示学生连接的电路,取两种不同的电路作介绍,引入串联和并联电路的教学.
这种方法开门见山,利用让小灯泡亮起来,承上启下,提出目标,让学生动手操作,并在学生操作成果的基础上进行教学,有感性到理性,由实践到理论,既能培养学生动手能力,又能让学生体验到成功的快乐,也能学习新知识,把问题设置在学生能力最近发展区,让学生跳一跳够得着,让学生手眼脑并用,达到最佳学习效果,这是一种既普遍应用又有效的引入课题的方法.
2.(教师事先做了两个暗盒,只有两个灯泡在外面,其中一个是串联电路,另一个是并联电路)“老师这有两个灯泡连接在一个电路中,闭合开关,两灯亮了,现在我拧下一只灯泡,请观察另一只灯泡的情况(熄灭),我这儿还有另个两只完全一样灯泡,同样闭合开关,灯亮,我也拧下一只灯泡,也请观察另一个灯泡的情况(继续发光),同学们想知道为什么吗?等我们学完今天的内容,就一定知道其中的奥妙了.”
3.老师事先准备好一串彩灯,教师闭合开关,小彩灯全部发光,五彩缤纷,拔下其中一只灯,原来的小灯全部熄灭,教师把教室内的灯打开,电灯逐一发光,然后再逐一关闭,让学生比较小彩灯和日光灯亮与熄的区别,引入课题.
这两种方式都是教师创设情境,事先准备两种不同形式的电路,通过两种电路的不同现象,引导学生观察、比较,引发学生的认知冲突,激发强烈的探究欲望和兴趣,是既符合教学原则又利用学生心理的独具匠心的好方法.
4.视频播放五彩缤纷的灯光,照亮圣诞树,这些灯是有很多小灯组成的,我们从两个灯开始研究,先连接,画电路图,展示在黑板上,然后分别把它们分类,并说出你分类型理由,然后由同学上台每个同学身体当作一个元件,手臂当作导线,连成“人路”,再进行电路连接比赛,看哪个组连接的最快,引入串联和并联两种电路的教学.
教师通过五彩的灯光,强烈刺激学生的感官,利用学生急于想知道这些灯的奥秘,带着学生进行新课的教学,不失为又一种很好的引入课题的方式,其中,把多个电路进行归类,教会学生利用归纳、分类的方法研究问题,分类的过程也就让学生初步感知电路的连接过程,初步理解不同电路的连接方式的过程,连接“人路”,也是进一步理解电路的连接过程,都为研究电路和特点打下了基础.
5.老师出示一个暗盒,外面只有两只灯泡和一开关,闭合开关,两灯都亮了,请学生猜想,两灯是如何连接的,画出电路图,然后再连接电路,引入课题.
这一方法同样属于利用情境引入课题,通过现象激发学生深层次地理性思考,让学生提出猜想,再进行探究,引入教学,这符合探究的一般程序,创设情境一猜想与假设,不过对于刚刚起步学习电路,对电路图还是处于初步认识的情况下,提出让学生画出电路图(设计电路),再根据电路图连接实物,从而进行课堂探究,笔者认为超出了学生的能力,对学生的要求过高,也不符合由感性到理性的认知规律,建议提供情境后,让学生也尝试连接出两盏灯同时发光的电路,并对照电路画出相应的电路图,引入新课教学,这样让学生理解和接受,有利于循序渐进,不断螺旋上升地学习和掌握新的知识,否则,把苹果挂得过高,学生怎么跳也够不着的话,长此以往,会让学生失去信心,失去动力,将会严重阻碍学生的成长与发展.
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