挖掘习题功能 培养科学思维

武光利

(江苏省连云港市海州高级中学 222023)

“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，科学思维是高中物理核心素养的重要组成部分，培养和发展学生的科学思维能力是物理教学的重要目标之一，习题教学则是培养学生科学思维的重要途径.

一、运用类比迁移，培养建构与应用物理模型的思维

物理学在研究问题的过程中，通常需要对研究对象进行抽象、简化出能反映物质本质属性的物理模型，物理概念的形成和物理规律的得出离不开物理模型的建构和运用，建构与应用模型是物理学一种重要的科学思维方法，在许多物理问题的解决过程中建构和运用物理模型常常起到关键作用.

例1如图1所示，在竖直平面内有一个光滑半径为R的圆形轨道，O为圆心，Q是轨道的最低点，在Q点附近P处(θ<5°)放一质量为m的滑块，让滑块由静止开始下滑，试求物块运动至Q点所需时间.

高中学生所要解决的问题大多都能找到对应的物理模型，解题过程通常就是将具体的问题转化成已有的模型，再运用这个模型所遵循的物理规律来解决问题.在运用物理模型时要能深入分析实际问题本质特征，所选用的模型和要解决的实际问题应遵循相同的物理规律.

二、加强科学推理训练，培养科学推理思维

科学推理是科学思维的核心组成部分，科学推理的过程一般包含观察事物或现象、发现问题、提出假设、设计实验或运用相关原理、得出结论、解释推断等一系列科学活动，物理问题的研究离不开科学推理.新课标要求高中学生能对简单的、常见的物理现象、综合性的物理问题进行分析和推理，获得正确的结论并做出解释.

例2如图2所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连.弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出).物块的质量为m，AB=a，物块与桌面间的动摩擦因数为μ.现用水平向右的力将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W.撤去拉力后物块由静止向左运动，经O点到达B点时速度为零.重力加速度为g.则上述过程中( ).

C．经O点时，物块的动能小于W-μmga

D．物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能

三、设计开放性问题，培养科学论证思维

科学论证是针对未知或不确定的问题，根据已有的知识、理论、方法等提出观点，为自己的观点提供支持，并反驳不同的观点，以解决问题并获取知识的活动.在平时习题教学和考试中，要求学生运用科学论证来解决的问题相对较少，相对来说，开放性问题更加有利训练学生科学论证的能力.

例3判断是否存在这样一种静电场，电场线平行不等间距，如图3所示.

解析一般情况下，学生很难从正面去说明题中所给的电场是否存在，因为不易找到判断的依据，其实判断这个问题，需要利用静电场的基本性质，即静电场力对电荷做功与路径无关，电荷在静电场中从某点出发经过任一路径再回到该点，电场力对电荷做的总功等于零，明确这一点就可以作如下论证：将一试探电荷q置于电场中，从A点出发沿如图3所示路径ABDCA运动后又回到A点，考虑电场力对电荷的做功情况，WAB=WCD=0，WBC+WDA≠0，这显然违背了静电场中电场力做功与路径这一结论，所以，电场线平行不等间距的静电场不存在.

在进行科学论证时，要确定论证的证据，并根据证据形成自己观点，论证的过程要建立证据与观点之间的关系，或反驳不同观点.科学论证结构模式主要包含，“观点”，“事实证据”，“理论依据”，“推理过程”和“反驳”等要素.

四、引导解题后反思，培养质疑创新思维

质疑创新是科学发展的动力，是科学思维的重要特征，质疑是创新的基础，在物理学的发展历程中，任何新概念的提出和新理论的创立，都是科学家在对前人的结论提出质疑的基础上，运用创新思维综合已有的研究成果才实现的，引导和培养学生质疑创新能力是教学过程不容忽视的问题.

例4如图4所示，质量为m，长为d的导体棒，用长度为L的两根轻质软导线悬挂在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B.未通电时，轻导线在竖直方向，通入恒定电流后，导体棒向外偏转的最大角度为θ，求此棒中恒定电流的大小.

部分学生的解法如下：对铜棒进行受力分析，受力如图5所示(侧视图).当最大偏转角θ时，棒受力平衡，有

以上解法正确与否，可以通过设问引导学生质疑：通入电流后导体棒做什么运动？到达最高点时导体棒是否处于平衡状态？经过应到分析，学生会发现，导体棒速度等于零但并不是处于平衡状态，所以不能用平衡条件求解.

根据动能：BIdLsinθ-mgL(1-cosθ)=0

在习题教学中，教师可以把一些典型错解提供给学生，引导学生质疑，让学生自己分析正误弄清错因，并在此基础上提出正确的解法；培养学生在解题进行反思的习惯，这样不仅可以提高答题的正确率，而且有助于培养学生的质疑能力，提升学生思维能力.