例析中学物理解题过程中的目标意识与思维监控，本文主要内容关键词为：过程中论文,思维论文,意识论文,目标论文,中学物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出与意义
众所周知，解物理题，尤其是求解探索性的物理问题，是一个复杂的智力活动，它是解题者的一种有目的、有计划的科学活动。在此过程中，解题者所采取的种种行为，都不是无意识的盲目的尝试，而是有着明确的目标指向的。解题者需要对问题的信息有充分的感知，需要将问题的信息与大脑里贮存的信息相互作用，进行科学的决策，然后对决策加以实施，通过严格的推演，得出正确的结论。但是，所有这些步骤并非是一蹴而就的。解题并不是按照事先制定好的程序一成不变地实施的机械过程，事先确定的解题思路往往是粗线条的、概略性的，有的则是尝试性的。由于问题的复杂性或解题者思维的缺陷等主客观原因，解题的进程有时会中断或偏离正确的方向。因此，解题者应当随时接收有关信息，及时地加以修正和调节。通过调节，强化正确，纠正错误。所以物理解题的过程是一个需要不断对所发生的情况进行自我评估并随时加以必要调整的动态过程。[1]
物理解题的整个过程也可以认为是一个选择的过程。面对问题，解题者借助直觉，头脑里可能涌出多个似乎相关的知识、多条解题的途径和多个辅助性问题。但是，它们对解题来说，并非都是有效的，即使都有效，也有优劣之分。这就要求解题者不能贸然行事，要在它们之间做出正确的选择。明智的选择需要遵守一定的原则（包括一般性和特殊性的），而对各种解题原则的自觉运用就是对于解题过程的一种自我意识。选择原则越清晰、应用越自觉，对解题过程的调节能力就越强，就越不容易偏离正确的轨道，到达目标的进程就越顺利。
可是有很多学生在解答习题的时候带有很大的盲目性，找不到正确的思路。如何克服这种盲目性呢？笔者认为树立求解过程中的目标意识，积极加强思维过程有意识的监控是有效克服解题过程中盲目性的重要途径。习题解答过程需要学生自始至终保持自觉、积极的思维。因此，在解答习题的每一个阶段，需要解答者不断地提出各种辅助性的问题，为思维的方向确定一个个具体的目标，这就是目标意识。目标确定好以后，还需要解答者对目标的实现过程不断地进行控制、分析、适当地调节，保证整个解题过程中的思维处于一种自觉、积极和有序的状态，这就是解题过程中的思维监控。下面结合几种常见类型来谈谈如何树立目标意识，以及怎样进行思维监控。[2]
二、几则案例的剖析
类型1：目标明确的问题
如果所遇问题要求解物理量的目标明确，此时，要紧扣目标，充分运用分析和综合的思维方法确定每一个解答步骤的思维方向和突破口。
例题1 一个物体由静止从某处自由落下，已知在到达地面前最后一秒内通过的位移为整个位移的
，试求塔高H。(
)
解析 此问题要求物体在整个下降过程中的位移，目标十分明确。怎样才能达到此目的呢？
(2)如果着眼点放在图1的BC阶段，涉及的物理量会比较多，自然求解过程将会比较麻烦。我们现在分析问题中的已知条件，为了充分利用初速度为0的条件，从整体与部分的关系，将原来的视角调整到AB段：AB段的位移是整个过程的
，时间为(t-1)。因此，有
，结合
可以求出H=125m。
图1
以上的思维过程始终以目标为参照物，遵循求解的最简原则，适时调整思维的着眼点，避免了思维方向的盲目性。解题者在解题时应当经常自我发问，提出一连串与解题相关的问题，这些问题概括为：“怎样做？”“为什么这样做？”“可以用几种方法做？”“为什么错？”，通过这种自我意识和自我体验思维监控来规范学习行为及提高解题的策略水平。[3]
类型2：目标较远的问题
如果问题要求解的目标不容易实现，应该将目标分解为几个子目标，分阶段来逐一实现要求解的最终目标。在确定子目标的时候，以及在每一个子目标的求解过程中要及时进行思维监控。
例题2 （1997年全国高考卷）质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地上。平衡时，弹簧的压缩量为
，如图2所示。一物块从钢板正上方距离为3的A处自由落下，打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动，但不黏连。它们到达最低点后又向上运动。已知物块质量也为m时，它们恰能回到O点。若物块质量为2m，仍从A处自由落下，则物块与钢板回到O点时，还具有向上的速度。求物块向上运动到达的最高点与O点的距离。
图2
解析 目标分析：这是一道复杂的动量与能量综合题，是一道压轴题。问题中涉及的物理过程和相关的物理量比较多，要实现问题中要求的最终目标不容易达到。故要逐个地确定子目标。
思维监控：我们要把复杂的状态、整体过程进行“拆解”，把它变成一个个我们熟悉的小过程、小模型，就能做到化难为易，化繁为简！
目标1：弹簧被钢板压缩，平衡时弹簧的弹性势能设为
。
状态一：弹簧被钢板压缩，平衡时弹簧的压缩量为，此时弹簧的弹性势能设为。
过程一：质量为m的物块自点A自由下落（此时物块可抽象为一个质点模型），下落的距离为3，则获得的末速度为：
。
过程二：物块m以
的末速度与钢板发生碰撞，碰撞过程时间极短（时间极短是碰撞的特点） （此过程还原为完全非弹性碰撞），于是，物块和钢板组成的系统动量守恒：
。注意：碰撞过程中要损失一部分机械能，因为不是完全弹性碰撞！
过程三：物块和钢板以
的共同速度将弹簧下压到最低点，然后从最低点“刚好”回到O点，即速度为零，O点是弹簧为原长的位置，此时弹簧没有弹性势能。这个过程中只有重力和弹力做功，物块、钢板和弹簧组成的系统机械能守恒，以钢板的平衡位置为势能零点，初状态的总机械能为：
，末状态的总机械能为：
，由机械能守恒定律有：
。
目标2：当物块的质量为2m时，弹簧的弹性势能与前面相等时（位置确定很重要！），应用机械能守恒来确定二者分离时的速度。
当物块的质量为2m时，
过程一：物块的末速度仍是
。
过程二：动量守恒过程为
是碰撞后物块和钢板获得的共同速度。
过程三：物块和钢板以
的共同速度将弹簧下压到最低点，然后从最低点回到O点，此时它们还具有向上的速度。这个过程机械能守恒，有：
目标3：物块与钢板分离后，求出物块运动高度h。
状态二：回到O点时，物块和钢板都还有向上的速度，而钢板有弹簧拉住，物块与钢板“不黏连”，所以物块和钢板将分离。
过程四：物块与钢板分离后（此过程还原为竖直上抛运动），以
的初速度向上做上抛运动：
。
综合以上各式，解得
，h即物块运动到达的最高点距O点的距离。
本题涉及复杂情境，给人以无从下手的感觉。其实只要根据时间或空间顺序分清运动过程（即几个目标）以及这些过程中涉及哪些规律。这样将复杂情境的问题还原成了熟悉的典型运动模型，复杂问题就会迎刃而解。要顺利完成还原的过程，必须具备一些基本技能：熟悉各种运动模型的规律、熟练掌握受力分析的方法、熟练掌握一个力是否做功的方法、掌握判断系统机械能和动量是否守恒的方法等等。[4]
类型3：目标模糊的问题
对于条件隐蔽、求解目标比较模糊的问题，识别和分析物理问题的能力相当重要，识别和分析物理问题的能力是指正确理解题意，善于发现问题中的隐含条件，恰当选择研究对象，正确分析研究对象所受的外界影响及运动变化过程的能力。此时应该利用思维监控具体问题进行具体分析提出一些辅助性的问题，使隐蔽条件显现出来，求解目标明朗化。具体为首先对问题作深入的定性分析，认真考虑物体的运动过程，然后才应用公式进行定量计算，最后再对结果进行可行性分析，直至满意。其思维模式如下所示：
例题3 如图3所示，竖直墙壁和水平地面都是光滑的。固定在长度为L的轻杆两端的A、B两球的质量均为m，杆与水平地面的夹角为60°，现在将杆由静止释放。问A球脱离竖直墙壁时杆与水平面的夹角为多少？
图3
解析 问题中的求解目标不是很清晰。为了寻找A球何时脱离墙壁，先来研究整个装置的运动情况。
(2)思维监控：由于运动与力之间存在着必然的联系。我们有必要来分析系统所受的作用力。墙壁给A水平向右的弹力对系统起加速作用。我们由此可以提出这样一个问题：AB的速度达到什么程度时A会脱离墙壁呢？A脱离墙壁的时候，墙壁给系统的作用力为0。墙壁不再给系统加速了，此时B球的速度达到最大（这里是指A还没有脱离墙壁的瞬间之前）。因此，我们找到了A脱离墙壁时的条件了，即B的速度达到最大。
类型四：求解目标未给出的问题
如果问题中没有给出求解的目标，需要我们大胆地假定一个目标，然后以此为参照目标进行分析与求解。
例题4 如图4，在竖直放置的两平行光滑直金属导轨的上端，接有一个电容为C的电容器。有一垂直于纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场。现有一质量为m，长为L的金属棒ef，棒从静止开始运动，问导体棒作何种性质的运动。假设图中任何部分的电阻和电感均忽略不计。假设运动过程中电容器不会被击穿。
图4
解析 此问题中并没有指出棒作何种具体的运动。为了确定物体的运动性质，我们根据棒做加速运动的特点，大胆地进行猜测，棒可能作匀加速运动。如果是，那要证明其加速度恒定。
对棒ef进行受力分析，我们知道棒受重力和竖直向下的安培力。
mg=BLi=ma①
接下来的目标是求导体棒的电流。
思维监控：棒运动的过程中产生电动势，因为这里是含电容器的电路。充电过程中不能用欧姆定律来求电流。可以由电流的定义
，②
因为一切电阻都不计，有Q=BLvC， ③
由以上综述，理想的解题过程应是一个“准静态”的过程，即解题系统所处的各个状态都应是平衡的状态。但在实际解题中，解题者对问题的认识和把握总是相对的；解题的行进时常或多或少地偏离正确的轨道而失去平衡。树立强烈的目标意识，以及加强解答过程中的思维监控有利于克服解答习题过程中的盲目性，有利于快速切入解题突破口。加强解答过程中的思维监控的目的就在于使解题进程不致偏离正确轨道太远，使解题系统从不平衡趋向平衡，从旧的平衡趋向新的平衡。决定调节的内容和方式，依据是解题者在解题中获得的新信息，而获取新信息的诱因则是解题者在解题中提出的种种问题，是问题引导解题者去获取各种各样的信息的。由此可见，思维调节的训练首先应该是提出问题的训练，即目标意识的训练。即解题者在解题时应当经常自我发问，提出一连串与解题相关的问题，这些问题概括为：“什么？（你现在在干什么或准备干什么）为什么？（为什么要这样干）怎么样？（实际的效果如何）”，这是中学物理解题过程中进行或促进目标意识与思维监控的最有效的方法。[5]
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