论文部分内容阅读
中学物理“教”与“学”的过程，就是物理问题的分析与解决的过程；而物理问题的分析与解决离不开物理的基础知识、基本方法和逻辑思维的应用，本文以2014年无锡市中考物理试题为例，探讨中学物理问题分析的策略.
1问题解决源于基础知识
例题1（2014年无锡）有一电热水器，质量为20 kg，装满水后的总质量为70 kg.该热水器额定电压是220 V，内部有两个加热管，有三档不同的加热功率，其中最大额定功率是2000 W.图1是电热水器安装的尺寸及其受力示意图，在竖直方向上热水器受到挂钩拉力F2和重力G，在水平方向上热水器受到膨胀螺钉对它的拉力F1和墙壁对它的支持力F3.（g取10 N/kg，ρ水=1.0×103 kg/m3）
（1）该热水器最多能装多少m3的水？
（2）该热水器装满水时，膨胀螺钉的拉力F1是多大？
（3）若热水器内部两个加热管的电阻阻值相同，则每个加热管的电阻是多少？
（1）基础知识：杠杆，杠杆的平衡条件及其应用.
（2）教学中常用的杠杆模型如图2、图3所示，利用图1熟悉与杠杆有关名词，利用图2探究杠杆的平衡条件；生活中常见的杠杆模型如图3所示，利用图4进行实例分析，巩固杠杆平衡条件及其应用.
（3）例题1的第1小题和第3小题可以利用基础知识求解，而解答第2小题需要跨过的思维障碍有：①理解热水器处于平衡状态，水平方向受力平衡：F1=F3；竖直方向受力平衡：F2=G；以O为支点的转动平衡；②日常教学的杠杆问题都是“实杆”，如图2、图3、图4所示.学生对热水器并不陌生，但不一定会想到用杠杆平衡知识求解，因为这里的杠杆是“虚杆”，增加了解答的难度；③若能想到用杠杆平衡知识，还必须明确其实质是以“O”为支点的转动平衡问题，否则列式求解涉及F1、F2、F3、G时无从下手.
（4）对教学的启示：①以生为本，用探究方式完成基础知识的学习.学习要实现由“学会”向“会学”转变，并通过感悟、内化和顺应纳入他们的知识结构中，老师只起到引导、引领、启发的作用；②联系生活实例进行延伸拓展.例如杠杆平衡问题，日常教学都讲“实杆”，但也要联系实际，让学生分析“虚杆”问题，提高分析问题的能力.上述例题还可以延伸拓展为：将O点的标注换成其它常规符号如A、B、C等表示，因为利用杠杆平衡条件求解时，一般用“O”表示支点，有了“O”点的标注，对解题起到提示作用；③依托基础知识，突现思维方法的训练.有形的知识与无形的思维相结合，书本知识与实际应用相结合，丰富学生的视野，将中考要求“在具体情境中运用所学知识分析问题和解决问题的能力”落到实处.
2问题评判源于批判性思维
2.1何为批判性思维
批判性思维是有目的的、自我调控批判的过程，包括解释、分析、评价、推理及对证据、概念、方法、标准的说明，或对判断所依据的全部情境的考虑.
例题2（2014无锡）小明用如图5所示电路测量某电路元件盒中未知电阻Rx的阻值.已知未知电阻Rx的阻值不小于5 Ω，电源由两节干电池组成.除了开关、导线外，可供使用的实验器材有：电压表（量程0～15 V、0～3 V）；电流表（量程0～3 A、0～0.6 A）；滑动变阻器R（20 Ω，1 A）；阻值已知且大小不等的定值电阻R1和R2.
（1）为完成此实验，电压表的量程应选择V，电流表的量程应选择A.
（2）实验中移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数是0.14 A时，电压表的示数是2.1 V；当电流表的示数是0.2 A时，电压表的示数是1.8 V.电路元件盒中电源电压是V，未知电阻Rx的阻值是Ω.
（3）小明的同学利用上述器材，还设计了测量未知电阻Rx的四种实验电路，其中无法测出未知电阻Rx的是.
2.2批判性思维的应用
例题2的第3小问有一定的难度，解答需要对图6中A、B、C、D的原理图进行评估，评估能力的高低取决于批判性思维能力的大小.题设要求能测Rx，由欧姆定律可知，需要测得其两端电压和通过它的电流，B、C两图能直接知道其电流大小，任何一幅图都无法直接得知Rx两端电压，如何评估？怎么批判？
凭直觉判断，Rx无法直接测量，借助批判性思维判定间接测量Rx的方法，经评估还需要知道电源的电压.其中图6B，需要利用滑动变阻器的最大阻值为20 Ω的条件.分别对四个图形提供的条件进行列式求解，才能达到解题的目的.
迁移应用的过程也是批判性思维的应用过程.例如图6 A、B、C、D四个原理图中都只有一个电表（电压表或电流表），与题设的原理图进行对比，它们之间的差距较大，但也有相近的地方，在对比分析与迁移应用的过程中利用批判性思维判定它们之间的异同，这是解决问题的关键.例如图6C，有电流表而没有电压表，但图6C与题设中的原理图相比多了R1和R2两个定值电阻，且I1R1或I2R2可转化为电压值，因此，图6C与题设原理图相近且可测量电源电压和Rx的大小.同理可知图6D也能达到测量目的.
图6中A图和B图与题设原理图相近，但都少一个电表，哪个原理图能达到测量目的呢？还有什么条件能够利用呢？由于图6A、B两图的变化因素只有滑动变阻器，能否利用滑动变阻器R（20 Ω 1 A）的条件？对B图进行研究，当滑动变阻器阻值为零时，电流表示数为I1，当其阻值为20 Ω时，电流表示数为I2，可得到：U电源I1=Rx，U电源-I2R滑I2=Rx，两式联立可求解；同样方法对A图进行分析、列式、求解，但无法测量Rx的大小.
2.3对教学的启示
（1）学会善于“迁移”应用.题设原理图与图6C相比，少了电压表，但多了两个定值电阻.题设中的变化因素是滑动变阻器，而C图中的变化因素是R1、R2.“迁移”之处在于若图6C能达到测量的目的，则必需通过R1、R2达到测电压的目的.这就要求在日常教学中对所学知识能灵活应用，善于迁移、转换、变形看出问题本质是根本. （2）学会善于“对比”分析.通过对比分析，图6中A、B两图和题设原理图相比，都缺少一个电表，题设原理图能达到测量目的，但图A或图B能否达到测量目的？再利用批判性思维判断，A、B两图中“动”的因素是滑动变阻器，利用滑动变阻器及已有的一个电表而转换得到与另一个电表相似的作用，从而抓住问题的关键.
（3）引导课堂教学从“教”向“学”转变，“教是为了不教”，教的是知识，学的是方法，用的是批判性思维.
3问题分析源于信息处理能力
例题3（2014无锡中考第27题）有一混合动力汽车，由汽油发动机（汽油机）和电动机为驱动系统提供动力.汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程，带动曲轴转动两圈.该汽油发动机的最大功率是69 kW， 以最大功率工作时曲轴转速为5000 r/min.活塞从汽缸一端运动到另一端所扫过的容积为汽缸排气量，汽缸容积与燃烧室容积之比为压缩比，图7为汽缸容积和燃烧室容积的示意图.该车排气量为1.8 L，压缩比为10︰1，动力蓄电池额定电压为200 V，容量（蓄电池放电电流和放电时间乘积）150 A·h.已知该车的动能E与其速度v的关系如表1所示.
表1v/ms-11241020E/J6.0×1022.4×1039.6×1036×1042.4×105（1）该汽车的动力蓄电池最多可储存多少焦的电能？
（2）a.当这辆汽车在平直公路上以108 km/h的速度匀速行驶时，动力完全由汽油发动机提供，若汽车汽油发动机的输出功率为54 kW，则此时汽车所受的阻力是多大？b.当驾驶员看到前方限速标志时，立即减速并启动充电装置给动力蓄电池充电，汽车速度由108 km/h减小到72 km/h.若在此过程中动力蓄电池获得的电能为汽车所减少动能的50%，则动力蓄电池获得的电能为多少焦？
（3）若该汽车汽油发动机以最大功率工作时，吸气冲程末汽缸内每升混合气体中汽油质量是7.2×10-5 kg，此时这台汽油发动机的效率是多少？（q汽油=4.6×107 J/kg）
3.1思维障碍
解题过程中的思维障碍源于对排气量、汽缸容积、燃烧室容积及压缩比等物理概念理解的困难，学生家中即使有轿车，也可能仅仅听说过这些名词，而无法理解它们的确切含义.如何理解这些概念并顺利跨过思维障碍，应结合题设图形透露的信息理解汽缸容积和燃烧室容积.题设中图7a已标出汽缸容积，即汽缸的总容量，设为V1，图7b为燃烧室容积示意图，即活塞运动到另一端时，汽缸剩余的容积，设为V2，而V1-V2为汽车的排气量，结合题意可写出V1∶V2=10∶1，V1-V2=1.8 L.若没有两张图形对应辅助理解相关概念，学生就会感觉很困难，甚至无从下手.有些学生仅从“字面”上去分析理解，而没能认真读图，从而不会识图，不会对图形中的信息进行分类、加工、整理，因此给解题带来困难.
3.2对教学的启示
（1）要养成从图中提取信息的习惯.物理中考结束后，笔者随机采访了部分物理成绩较好的同学，请他们说一说对物理试卷的感觉，大部分同学感觉比较难，特别是最后一题的第3小问不会做，因为压缩比是什么意思不理解.事实上，不能理解排气量和压缩比等概念的同学，没有将概念和图形有机结合，并从图中提取有用信息帮助理解概念而导致无法解题.因此，平常教学中不仅要让学生分析平面图，还要多结合实物图去分析立体图，达到建立模型，分析过程，理解概念，应用规律的目的.
（2）要加强读图和识图能力的培养.中学物理教学中涉及的物理图形较多，如探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”的实物图如图8甲、乙所示，借助图形知道a、b是串联关系，c、d是并联关系，而a和c与电流通过导体产生热量之间又有什么联系呢？再如小灯泡的伏安特性曲线如图8丙所示，正确识图需从以下几方面入手：①纵坐标和横坐标的物理意义是什么？②物理量的单位是什么？③图线的物理含义是什么？等等.
中考物理试题对中学物理教学起到了很好的导向作用，但目前初中物理课堂教学中仍存在很多问题，如传授教学多，探究教学少；重复训练多，注重思维少；纸上谈兵多，实验操作少等等.这也要求一线物理教师要认真研究中考，分析中考，吃透中考，使课堂达到传授与探究相融，训练与思维并重的境界，从而提高教学效率.
1问题解决源于基础知识
例题1（2014年无锡）有一电热水器，质量为20 kg，装满水后的总质量为70 kg.该热水器额定电压是220 V，内部有两个加热管，有三档不同的加热功率，其中最大额定功率是2000 W.图1是电热水器安装的尺寸及其受力示意图，在竖直方向上热水器受到挂钩拉力F2和重力G，在水平方向上热水器受到膨胀螺钉对它的拉力F1和墙壁对它的支持力F3.（g取10 N/kg，ρ水=1.0×103 kg/m3）
（1）该热水器最多能装多少m3的水？
（2）该热水器装满水时，膨胀螺钉的拉力F1是多大？
（3）若热水器内部两个加热管的电阻阻值相同，则每个加热管的电阻是多少？
（1）基础知识：杠杆，杠杆的平衡条件及其应用.
（2）教学中常用的杠杆模型如图2、图3所示，利用图1熟悉与杠杆有关名词，利用图2探究杠杆的平衡条件；生活中常见的杠杆模型如图3所示，利用图4进行实例分析，巩固杠杆平衡条件及其应用.
（3）例题1的第1小题和第3小题可以利用基础知识求解，而解答第2小题需要跨过的思维障碍有：①理解热水器处于平衡状态，水平方向受力平衡：F1=F3；竖直方向受力平衡：F2=G；以O为支点的转动平衡；②日常教学的杠杆问题都是“实杆”，如图2、图3、图4所示.学生对热水器并不陌生，但不一定会想到用杠杆平衡知识求解，因为这里的杠杆是“虚杆”，增加了解答的难度；③若能想到用杠杆平衡知识，还必须明确其实质是以“O”为支点的转动平衡问题，否则列式求解涉及F1、F2、F3、G时无从下手.
（4）对教学的启示：①以生为本，用探究方式完成基础知识的学习.学习要实现由“学会”向“会学”转变，并通过感悟、内化和顺应纳入他们的知识结构中，老师只起到引导、引领、启发的作用；②联系生活实例进行延伸拓展.例如杠杆平衡问题，日常教学都讲“实杆”，但也要联系实际，让学生分析“虚杆”问题，提高分析问题的能力.上述例题还可以延伸拓展为：将O点的标注换成其它常规符号如A、B、C等表示，因为利用杠杆平衡条件求解时，一般用“O”表示支点，有了“O”点的标注，对解题起到提示作用；③依托基础知识，突现思维方法的训练.有形的知识与无形的思维相结合，书本知识与实际应用相结合，丰富学生的视野，将中考要求“在具体情境中运用所学知识分析问题和解决问题的能力”落到实处.
2问题评判源于批判性思维
2.1何为批判性思维
批判性思维是有目的的、自我调控批判的过程，包括解释、分析、评价、推理及对证据、概念、方法、标准的说明，或对判断所依据的全部情境的考虑.
例题2（2014无锡）小明用如图5所示电路测量某电路元件盒中未知电阻Rx的阻值.已知未知电阻Rx的阻值不小于5 Ω，电源由两节干电池组成.除了开关、导线外，可供使用的实验器材有：电压表（量程0～15 V、0～3 V）；电流表（量程0～3 A、0～0.6 A）；滑动变阻器R（20 Ω，1 A）；阻值已知且大小不等的定值电阻R1和R2.
（1）为完成此实验，电压表的量程应选择V，电流表的量程应选择A.
（2）实验中移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数是0.14 A时，电压表的示数是2.1 V；当电流表的示数是0.2 A时，电压表的示数是1.8 V.电路元件盒中电源电压是V，未知电阻Rx的阻值是Ω.
（3）小明的同学利用上述器材，还设计了测量未知电阻Rx的四种实验电路，其中无法测出未知电阻Rx的是.
2.2批判性思维的应用
例题2的第3小问有一定的难度，解答需要对图6中A、B、C、D的原理图进行评估，评估能力的高低取决于批判性思维能力的大小.题设要求能测Rx，由欧姆定律可知，需要测得其两端电压和通过它的电流，B、C两图能直接知道其电流大小，任何一幅图都无法直接得知Rx两端电压，如何评估？怎么批判？
凭直觉判断，Rx无法直接测量，借助批判性思维判定间接测量Rx的方法，经评估还需要知道电源的电压.其中图6B，需要利用滑动变阻器的最大阻值为20 Ω的条件.分别对四个图形提供的条件进行列式求解，才能达到解题的目的.
迁移应用的过程也是批判性思维的应用过程.例如图6 A、B、C、D四个原理图中都只有一个电表（电压表或电流表），与题设的原理图进行对比，它们之间的差距较大，但也有相近的地方，在对比分析与迁移应用的过程中利用批判性思维判定它们之间的异同，这是解决问题的关键.例如图6C，有电流表而没有电压表，但图6C与题设中的原理图相比多了R1和R2两个定值电阻，且I1R1或I2R2可转化为电压值，因此，图6C与题设原理图相近且可测量电源电压和Rx的大小.同理可知图6D也能达到测量目的.
图6中A图和B图与题设原理图相近，但都少一个电表，哪个原理图能达到测量目的呢？还有什么条件能够利用呢？由于图6A、B两图的变化因素只有滑动变阻器，能否利用滑动变阻器R（20 Ω 1 A）的条件？对B图进行研究，当滑动变阻器阻值为零时，电流表示数为I1，当其阻值为20 Ω时，电流表示数为I2，可得到：U电源I1=Rx，U电源-I2R滑I2=Rx，两式联立可求解；同样方法对A图进行分析、列式、求解，但无法测量Rx的大小.
2.3对教学的启示
（1）学会善于“迁移”应用.题设原理图与图6C相比，少了电压表，但多了两个定值电阻.题设中的变化因素是滑动变阻器，而C图中的变化因素是R1、R2.“迁移”之处在于若图6C能达到测量的目的，则必需通过R1、R2达到测电压的目的.这就要求在日常教学中对所学知识能灵活应用，善于迁移、转换、变形看出问题本质是根本. （2）学会善于“对比”分析.通过对比分析，图6中A、B两图和题设原理图相比，都缺少一个电表，题设原理图能达到测量目的，但图A或图B能否达到测量目的？再利用批判性思维判断，A、B两图中“动”的因素是滑动变阻器，利用滑动变阻器及已有的一个电表而转换得到与另一个电表相似的作用，从而抓住问题的关键.
（3）引导课堂教学从“教”向“学”转变，“教是为了不教”，教的是知识，学的是方法，用的是批判性思维.
3问题分析源于信息处理能力
例题3（2014无锡中考第27题）有一混合动力汽车，由汽油发动机（汽油机）和电动机为驱动系统提供动力.汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程，带动曲轴转动两圈.该汽油发动机的最大功率是69 kW， 以最大功率工作时曲轴转速为5000 r/min.活塞从汽缸一端运动到另一端所扫过的容积为汽缸排气量，汽缸容积与燃烧室容积之比为压缩比，图7为汽缸容积和燃烧室容积的示意图.该车排气量为1.8 L，压缩比为10︰1，动力蓄电池额定电压为200 V，容量（蓄电池放电电流和放电时间乘积）150 A·h.已知该车的动能E与其速度v的关系如表1所示.
表1v/ms-11241020E/J6.0×1022.4×1039.6×1036×1042.4×105（1）该汽车的动力蓄电池最多可储存多少焦的电能？
（2）a.当这辆汽车在平直公路上以108 km/h的速度匀速行驶时，动力完全由汽油发动机提供，若汽车汽油发动机的输出功率为54 kW，则此时汽车所受的阻力是多大？b.当驾驶员看到前方限速标志时，立即减速并启动充电装置给动力蓄电池充电，汽车速度由108 km/h减小到72 km/h.若在此过程中动力蓄电池获得的电能为汽车所减少动能的50%，则动力蓄电池获得的电能为多少焦？
（3）若该汽车汽油发动机以最大功率工作时，吸气冲程末汽缸内每升混合气体中汽油质量是7.2×10-5 kg，此时这台汽油发动机的效率是多少？（q汽油=4.6×107 J/kg）
3.1思维障碍
解题过程中的思维障碍源于对排气量、汽缸容积、燃烧室容积及压缩比等物理概念理解的困难，学生家中即使有轿车，也可能仅仅听说过这些名词，而无法理解它们的确切含义.如何理解这些概念并顺利跨过思维障碍，应结合题设图形透露的信息理解汽缸容积和燃烧室容积.题设中图7a已标出汽缸容积，即汽缸的总容量，设为V1，图7b为燃烧室容积示意图，即活塞运动到另一端时，汽缸剩余的容积，设为V2，而V1-V2为汽车的排气量，结合题意可写出V1∶V2=10∶1，V1-V2=1.8 L.若没有两张图形对应辅助理解相关概念，学生就会感觉很困难，甚至无从下手.有些学生仅从“字面”上去分析理解，而没能认真读图，从而不会识图，不会对图形中的信息进行分类、加工、整理，因此给解题带来困难.
3.2对教学的启示
（1）要养成从图中提取信息的习惯.物理中考结束后，笔者随机采访了部分物理成绩较好的同学，请他们说一说对物理试卷的感觉，大部分同学感觉比较难，特别是最后一题的第3小问不会做，因为压缩比是什么意思不理解.事实上，不能理解排气量和压缩比等概念的同学，没有将概念和图形有机结合，并从图中提取有用信息帮助理解概念而导致无法解题.因此，平常教学中不仅要让学生分析平面图，还要多结合实物图去分析立体图，达到建立模型，分析过程，理解概念，应用规律的目的.
（2）要加强读图和识图能力的培养.中学物理教学中涉及的物理图形较多，如探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”的实物图如图8甲、乙所示，借助图形知道a、b是串联关系，c、d是并联关系，而a和c与电流通过导体产生热量之间又有什么联系呢？再如小灯泡的伏安特性曲线如图8丙所示，正确识图需从以下几方面入手：①纵坐标和横坐标的物理意义是什么？②物理量的单位是什么？③图线的物理含义是什么？等等.
中考物理试题对中学物理教学起到了很好的导向作用，但目前初中物理课堂教学中仍存在很多问题，如传授教学多，探究教学少；重复训练多，注重思维少；纸上谈兵多，实验操作少等等.这也要求一线物理教师要认真研究中考，分析中考，吃透中考，使课堂达到传授与探究相融，训练与思维并重的境界，从而提高教学效率.