劉立毅

（山東省德州市第一中學，山東 德州 253017）

學生思維能力差異的表現(xiàn)就是思維品質(zhì)，物理學習中的思維品質(zhì)主要包括思維的深刻性、靈敏性、獨創(chuàng)性和批判性.培養(yǎng)學生良好的思維品質(zhì)，是物理教學的重要任務，也是學生發(fā)展智力和能力的突破口.下面通過2013年的高考試題來探索物理教學中學生思維品質(zhì)的培養(yǎng).

1 深化理解知識，培養(yǎng)思維的深刻性

思維的深刻性，也叫做抽象邏輯性.深刻性反映物理學習中學生思維的抽象程度和邏輯水平，是思維活動的廣度和深度，表現(xiàn)為善于進行系統(tǒng)而全面的物理思維活動，善于概括各種問題的類型，并正確地判斷各種類型.物理概念要反映物理現(xiàn)象的本質(zhì)，物理規(guī)律要揭示物理過程中物理量內(nèi)在的、本質(zhì)的、因果的、量值的各種聯(lián)系.觀察不能揭示本質(zhì)和隱藏的內(nèi)涵，只有通過思維，即抽象地、深入地、去粗取精地分析推理和邏輯表述才能完成這一任務.

例1.（2013年北京理綜卷）對于同一物理問題，常?？梢詮暮暧^與微觀兩個不同角度進行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì).

（1）一段橫截面積為S、長為l的直導線，單位體積內(nèi)有n個自由電子，電子電荷量為e.該導線通有電流時，假設自由電子定向移動的速率均為v.

（a）求導線中的電流I；

（b）將該導線放在勻強磁場中，電流方向垂直于磁感應強度B，導線所受安培力大小為F安，導線內(nèi)自由電子所受洛倫茲力大小的總和為F，推導F安＝F.

（2）正方體密閉容器中有大量運動粒子，每個粒子質(zhì)量為m，單位體積內(nèi)粒子數(shù)量n為恒量.為簡化問題，我們假定：粒子大小可以忽略；其速率均為v，且與器壁各面碰撞的機會均等；與器壁碰撞前后瞬間，粒子速度方向都與器壁垂直，且速率不變.利用所學力學知識，導出器壁單位面積上所受粒子壓力f與m、n和v的關系.

（注意：解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量，要在解題時做必要的說明）

命題解讀：本題分別從電流的微觀表達式、洛倫茲力與安培力的關系以及氣體的壓強進行設問，從宏觀與微觀的不同角度研究問題，將電流、洛倫茲力和氣體壓強三種模型組合在一題中，考查了考生對宏觀物理現(xiàn)象的微觀解釋的理解.第（1）問的（a）中要弄清公式I＝n e S v的適用范圍為：金屬及半導體材料內(nèi)的電流，均勻加速電場中因電荷定向移動而形成的電流.第（2）問中f與m、n和v的關系的推導教材中沒有給出，需將動量定理應用到題給的情景，是對教材知識的提升和拓展，解答該題要把握本質(zhì)和規(guī)律，沒有思維的深刻性將無法作答.該題形式新穎，設問巧妙，突出了對物理思想方法的考查.啟發(fā)我們的課堂教學不能簡單地講授公式、解題技巧，物理教學應從物理思想本源入手，教會學生從“問題情景”到“物理圖景”的轉化，建立恰當?shù)奈锢砟Ｐ?，形成物理思維，特別要注重思維深刻性的培養(yǎng).

2 做好思維調(diào)節(jié)，培養(yǎng)思維的靈敏性

思維的靈敏性是指學生在物理學習中思維活動的靈活和敏捷.靈活包括思維的起點和過程的靈活.敏捷指思維反應的速度.靈敏性表現(xiàn)為學習物理知識時迅速地從不同角度、側面去思考；善于運用不同的知識和不同的方法正確地解決問題；善于從部分和整體角度分析問題.解決問題時，迅速準確地根據(jù)物理信息，找出問題的關鍵所在，恰當?shù)靥崛∥锢碇R與方法，正確地解決問題.

圖1

例2.（2013年新課標Ⅰ理綜卷）如圖1，兩條平行導軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L.導軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導軌處于勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向垂直于導軌平面.在導軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒，棒可沿導軌下滑，且在下滑過程中保持與導軌垂直并良好接觸.已知金屬棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g.忽略所有電阻.讓金屬棒從導軌上端由靜止開始下滑，求：

（1）電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關系；

（2）金屬棒的速度大小隨時間變化的關系.

命題解讀：在讀題審題中，培養(yǎng)思維的靈敏性，克服思維定勢影響，就要進行思維調(diào)節(jié)，需要將我們的具體思維過程展示給學生：（1）閱讀試題，認識物理過程：裝置：“導軌—電容—金屬棒”；情景：“運動……摩擦力……產(chǎn)生電流……安培力”；目標：求解“電荷量與速度、速度與時間的關系”.（2）構建模型，弄清物理實質(zhì)：本題為金屬棒從靜止下滑，產(chǎn)生感應電流，同時受摩擦力和安培力，最后勻加速運動.為力學和電磁學綜合題，應從力學角度結合安培力公式分析.（3）分清已知，選擇物理規(guī)律：題中已知θ、μ、m、L、C、B、g各量，涉及電荷量時選用q＝C U；涉及力和時間時，選擇牛頓第二定律、運動學公式.（4）解后反思，檢驗討論結果：求解完畢，驗算結果是否正確.通過展示思維過程讓學生總結成功做法和存在的問題，做好思維調(diào)節(jié)，而不應只給學生講解成功的解題方法.在讀題審題時，還需挖掘出“忽略所有電阻時，電容器兩極板電壓等于金屬棒中感應電動勢”；“電路雖然含有電容，但始終有電流”這兩個隱含條件，形成準確的物理圖景，快速解答，這是培養(yǎng)思維靈敏性的必經(jīng)之道.本題第（1）問不能根據(jù)q＝Δφ／R總求解電容的帶電荷量，該式僅適用于不含有其他電源的純電阻電路.第（2）問是難點，需先判斷金屬棒的運動性質(zhì)再求解，金屬棒速度逐漸變大，而I、a、F安卻為恒量，此分析為靈活選用規(guī)律奠定了基礎，沒有思維的靈活性，該問將束手無策.

本題考查了法拉第電磁感應定律、電容、電流強度、安培力、牛頓第二定律、勻變速直線運動的規(guī)律等知識.該題為單棒切割磁感線問題，新而不偏，活而不怪，起點較低，要求較高，注重對經(jīng)典模型的拓展，主要考查綜合能力和分析論證能力.啟發(fā)我們在教學中要注重對學生思維靈敏性的培養(yǎng).

3 提升遷移能力，培養(yǎng)思維的獨創(chuàng)性

思維的獨創(chuàng)性，即思維的創(chuàng)造性，是指具有某種價值的新穎思維，它有3個特點：獨特性、發(fā)散性、新穎性.表現(xiàn)為善于獨立思考，創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)新問題和解決新問題；善于在廣闊的領域內(nèi)思考問題；善于探索發(fā)現(xiàn)新的解題規(guī)律，提出獨特新穎的解題方法.物理學習中的獨創(chuàng)性思維，具有理論、方法、實踐三結合的特點.常表現(xiàn)為新穎的解題思路、新實驗方法等.一般而言，概括性越高，知識系統(tǒng)性越強，遷移性越靈活，注意力越集中，則獨創(chuàng)性越突出，還體現(xiàn)在學生對知識經(jīng)驗的遷移上.

圖2

例3.（2013年新課標Ⅰ理綜卷）某學生實驗小組利用圖2所示電路，測量多用電表內(nèi)電池的電動勢和電阻“×l k”擋內(nèi)部電路的總電阻.使用的器材有：多用電表；電壓表：量程5V，內(nèi)阻十幾千歐；滑動變阻器：最大阻值5 k Ω；導線若干.回答下列問題：

（1）將多用電表擋位調(diào)到電阻“×l k”擋，再將紅表筆和黑表筆______，調(diào)零點.

（2）將圖2中多用電表的紅表筆和（填“1”或“2”）端相連，黑表筆連接另一端.

（3）將滑動變阻器的滑片調(diào)到適當位置，使多用電表的示數(shù)如圖3所示，這時電壓表的示數(shù)如圖4所示.多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為______k Ω和______V.

圖3

圖4

（4）調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使其接入電路的阻值為零.此時多用電表和電壓表的讀數(shù)分別為12.0k Ω和4.00V.從測量數(shù)據(jù)可知，電壓表的內(nèi)阻為 k Ω.

（5）多用電表電阻擋內(nèi)部電路可等效為由一個無內(nèi)阻的電池、一個理想電流表和一個電阻串聯(lián)而成的電路，如圖5所示.根據(jù)前面的實驗數(shù)據(jù)計算可得，此多用電表內(nèi)電池的電動勢為________V，電阻“×l k”擋內(nèi)部電路的總電阻為__________k Ω.

答案：（1）短接；（2）1；（3）15.0，3.60；（4）12.0；（5）9.00，15.0.

圖5

命題解讀：本題考查了多用電表的讀數(shù)、原理、構造和電壓表的讀數(shù)以及歐姆定律等知識點，試題選取歐姆擋的調(diào)零和讀數(shù)、多用電表表筆的接法、多用電表內(nèi)電池的電動勢和內(nèi)阻計算等問題設問，考生在掌握多用電表的構造、工作原理、乃至儀器設計思想的基礎上才能作答.第（5）問是難點，需根據(jù)（3）、（4）兩問的電路、操作和讀數(shù)，將已掌握的歐姆定律等知識遷移到圖5電路，列出方程E＝U1（R滑＋RV＋r內(nèi)）／RV和E＝U2（RV＋r內(nèi)）／RV才能求解.沒有思維的獨創(chuàng)性解答該問是困難的.多用電表用途廣、結構復雜，注意事項多，一定要讓學生在明確原理和要求的前提下，親手做、親眼看、親口讀、親自算.題中電壓表串聯(lián)在電路中，既是測量機構又是電路組成部分，屬于非常規(guī)接法，在題給條件下是允許的.

該題特別注重實驗的操作性和探究性，從知識與技能、過程與方法上深入考查考生的實驗能力，真正體現(xiàn)了新課程重過程、重方法的理念.該題重點考查考生的分析綜合能力、實驗創(chuàng)新能力和實驗思維能力，啟發(fā)我們在實驗教學過程中要注重思維的獨創(chuàng)性的培養(yǎng).

4 把握規(guī)律條件，培養(yǎng)思維的批判性

思維的批判性是指思維中善于嚴格估計思維材料和精細檢查思維過程.能夠鑒別概念和規(guī)律的各種說法，理解相關知識的聯(lián)系與區(qū)別.表現(xiàn)為善于發(fā)現(xiàn)問題，提出質(zhì)疑，分析條件，反復檢查已擬定的假設計劃和方案，善于用多種方法檢查結果的正確性.

例4.（2013年北京理綜卷）以往我們認識的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出.強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應，這已被實驗證實.

光電效應實驗裝置示意圖如圖6.用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應.換用同樣頻率為ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場.逐漸增大U，光電流會逐漸減?。划敼怆娏髑『脺p小到零時，所加反向電壓U可能是下列的（其中W 為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量）

圖6

命題解讀：高中物理教材中所講“光電效應所得到的實驗規(guī)律，特別是每種金屬都存在極限頻率，以及愛因斯坦的光電效應方程h ν＝W＋Ek”都只是在線性光學（弱光）范圍內(nèi)適用，即都只適用于單光子吸收的情形.而題中卻給出高中物理沒學過的新情景“用強激光照射金屬，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應.”此時的條件為：非線性光學（強光），即雙光子吸收或多光子吸收，對愛因斯坦的光電效應方程和各種金屬都存在極限頻率顯然不能適用.需考生分析出條件的不同，鑒別出規(guī)律的變化，將光電效應方程修訂為n h ν＝W＋Ek（n＝2、3、4…），再和Ek＝e U 聯(lián)立才能求解.沒有思維的批判性，難以對該題做正確選擇.

本題主要考查從公式討論解的正確性，需要考生具備相關的物理知識與技能，具有思維的批判性等優(yōu)秀思維品質(zhì)，考查考生的理解能力、推理能力和探究能力.有一些問題你可能不會求解，但是你仍有可能對這些問題的解是否合理進行分析和判斷.分析和判斷解的合理性或正確性時，可從解的物理量單位，解隨某些已知量變化的趨勢，解在一種特殊條件下的結果等方面進行分析，并與預期結果，實驗結論等進行比較，從而判斷解的合理性或正確性.

教學中注重學生思維品質(zhì)的培養(yǎng)，既是培養(yǎng)學生思維能力的需要，更是培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的需要.我們在教學中要充分挖掘有利于培養(yǎng)學生思維品質(zhì)的素材，加強對學生思維品質(zhì)的培養(yǎng).

1 閻金鐸.物理教學論.南寧：廣西教育出版社，1996.

2 崔琰.2013年北京高考壓軸題的解析與思考.物理教師，2013（7）.