物理解題過程中的目標(biāo)意識與思維監(jiān)控

師燦偉

【摘要】物理解題的整個過程可以看作是一個選擇的過程。面對問題，學(xué)生借助直覺，頭腦里可能會有多個似乎相關(guān)的知識、多條解題的途徑。樹立求解過程中的目標(biāo)意識，積極加強(qiáng)思維過程有意識的監(jiān)控是有效克服解題過程中盲目性的重要途徑。

【關(guān)鍵詞】目標(biāo)意識 思維監(jiān)控 輔助性問題

物理解題的整個過程也可以認(rèn)為是一個選擇的過程。面對問題，解題者借助直覺，頭腦里可能會有多個似乎相關(guān)的知識、多條解題的途徑和多個輔助性問題。因此，在解答習(xí)題的每一個階段，需要解答者不斷地提出各種輔助性的問題，為思維的方向確定一個個具體的目標(biāo)，這就是目標(biāo)意識。目標(biāo)確定好以后，還需要解答者對目標(biāo)的實現(xiàn)過程不斷地進(jìn)行控制、分析、適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，保證整個解題過程中的思維監(jiān)控。

類型1：目標(biāo)明確的問題

如果所遇問題要求求解物理量的目標(biāo)明確，此時，要緊扣目標(biāo)，充分運(yùn)用分析和綜合的思維方法確定每一個解答步驟的思維方向和突破口。

例1：一個物體由靜止從塔頂自由落下，已知在到達(dá)地面前最后1s內(nèi)通過的位移為整個位移的 ，試求塔高H。（ ）

解析：此問題要求物體在整個下降過程中的位移，目標(biāo)十分明確。怎樣才能達(dá)到目的呢？

選用公式 ，要實現(xiàn)目標(biāo)，求出整個過程中下落的時間t是關(guān)鍵。

如果著眼點(diǎn)放在圖1的BC階段，涉及到的物理量會比較多，自然求解過程將會比較麻煩。通過分析問題中的已知條件，為了充分利用初速度為0的條件，從整體與部分的關(guān)系，將要考察的視角調(diào)整到AB段：AB段的位移是整個過程的 ，時間為 。因此有 ，結(jié)合 ，可以求出 。

以上的思維過程始終以目標(biāo)為參照物，遵循求解的最簡單原則，適時調(diào)整思維的著眼點(diǎn)，避免了思維方向的盲目性。引導(dǎo)學(xué)生在解題時應(yīng)當(dāng)經(jīng)常自我發(fā)問，提出一些與解題相關(guān)的問題，這些問題概括為：“要做什么？為什么要這樣做？怎樣做？”這是促進(jìn)思維自我調(diào)節(jié)的最有效方法。

類型2：目標(biāo)較遠(yuǎn)的問題

如果問題要求解的目標(biāo)不容易實現(xiàn)的時候，應(yīng)該將目標(biāo)分解為幾個子目標(biāo)，分階段來逐一實現(xiàn)要求解的最終目標(biāo)。在確定子目標(biāo)的時候，以及在每一個子目標(biāo)的求解過程中要及時進(jìn)行思維監(jiān)控。

例2：質(zhì)量為m的鋼板與直立輕彈簧的上端連接，彈簧下端固定在地上。平衡時，彈簧的壓縮量為x，如圖2所示。一物塊從鋼板正上方距離為3x的A處自由落下，打在鋼板上并立刻與鋼板一起向下運(yùn)動，但不黏連。它們到達(dá)最低點(diǎn)后又向上運(yùn)動。已知物塊質(zhì)量也為m時，它們恰能回到O點(diǎn)。若物塊質(zhì)量為2m，仍從A處自由落下，則物塊與鋼板回到O點(diǎn)時，還具有向上的速度。求物塊向上運(yùn)動到達(dá)的最高點(diǎn)與O點(diǎn)的距離。

解析：目標(biāo)分析：這是一道復(fù)雜的動量綜合題。問題中涉及的物理過程和相關(guān)的物理量比較多，要實現(xiàn)問題中要求的最終目標(biāo)不容易達(dá)到，因此要逐個地確定子目標(biāo)。

思維監(jiān)控：我們要把復(fù)雜的狀態(tài)、整個過程進(jìn)行“拆解”，把它變成一個個我們熟悉的小過程、小模型，就能做到化難為易，化繁為簡。

目標(biāo)1：求出彈簧被鋼板壓縮，平衡時彈簧的彈性勢能。

狀態(tài)1：彈簧被鋼板壓縮，平衡時彈簧的壓縮量為x，此時彈簧的彈性勢能設(shè)為Ep。

過程1：質(zhì)量為m的物塊自A點(diǎn)自由落下，下落的距離為3x，則獲得的末速度為： ，

過程2：物塊m以v0的末速度與鋼板發(fā)生碰撞，碰撞過程時間極短，于是，物塊和鋼板組成的系統(tǒng)動量守恒： 。

過程3：物塊和鋼板以v1的共同速度將彈簧下壓到最低點(diǎn)，然后從最低點(diǎn)“剛好”回到O點(diǎn)，即使速度為零，O點(diǎn)是彈簧為原長的位置，此時彈簧沒有彈性勢能。這個過程中只有重力和彈力做功，物塊、鋼板和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，以鋼板的平衡位置為勢能參考位置，初狀態(tài)的總機(jī)械能為 ，末狀態(tài)的總機(jī)械能為 ，由機(jī)械能守恒定律有： 。

目標(biāo)2：當(dāng)物塊的質(zhì)量為2m時，彈簧的彈性勢能與前面相等時，應(yīng)用機(jī)械能守恒來確定二者分離時的速度

當(dāng)物塊的質(zhì)量為2m時，

過程1：物塊的末速度仍是 。

過程2：動量守恒過程為 ，v2是碰撞后物體和鋼板獲得的共同速度。

過程3：物塊和鋼板以v2的共同速度將彈簧下壓到最低點(diǎn)，然后從最低點(diǎn)回到O點(diǎn)，此時它們還具有向上的速度。這個過程機(jī)械能守恒，有 。

目標(biāo)3：物塊與鋼板分離后，求出物塊運(yùn)動高度h

狀態(tài)2：回到O點(diǎn)時，物塊和鋼板都還有向上的速度，而鋼板有彈簧拉住，物塊與鋼板“不黏連”，所以物塊和鋼板將分離。

過程4：物塊與鋼板分離后，以v3的初速度向上做上拋運(yùn)動： 。

綜合以上各式，解得物塊運(yùn)動到達(dá)的最高點(diǎn)距O點(diǎn)的距離 。

本題涉及復(fù)雜情景，給人以無從下手的感覺。其實只要根據(jù)時間或空間順序分清運(yùn)動過程以及這些過程中涉及哪些規(guī)律。這樣將復(fù)雜情景的問題還原成了熟悉的典型運(yùn)動模型，復(fù)雜問題就會迎刃而解。要順利完成還原的過程，必須具備一些基本技能：熟悉各種運(yùn)動模型的規(guī)律、熟悉掌握受力分析的方法、熟練掌握一個力是否做功的方法、掌握判斷系統(tǒng)機(jī)械能和動量是否守恒的方法等等。

類型3：目標(biāo)模糊的問題

對于條件隱蔽，求解目標(biāo)比較模糊的問題，識別和分析物理問題的能力相當(dāng)重要，識別和分析物理問題的能力是指正確理解題意，善于發(fā)現(xiàn)問題的隱含條件，恰當(dāng)選擇研究對象，正確分析研究對象所受的外界影響及運(yùn)動變化過程的能力。此時應(yīng)該利用思維監(jiān)控具體問題具體分析，提出一些輔助性的問題，是隱蔽條件顯現(xiàn)出來，使求解目標(biāo)明朗化。首先認(rèn)真考慮問題的運(yùn)動過程，然后才應(yīng)用公式進(jìn)行定量計算，最后再對結(jié)果進(jìn)行可行性分析，直至滿意。

由以上綜述，理想的解題過程應(yīng)是一個“準(zhǔn)靜態(tài)”的過程，即解題系統(tǒng)所處的各個狀態(tài)都應(yīng)是平衡的狀態(tài)。但在實際解題中，學(xué)生對問題的認(rèn)識和把握總是相對的，解題的進(jìn)行時?；蚨嗷蛏俚仄x正確的軌道，而失去平衡。樹立強(qiáng)烈的目標(biāo)意識，以及加強(qiáng)解答過程中的思維控制有利于克服解答習(xí)題過程中的盲目性，有利于快速切入解題突破口。加強(qiáng)解答過程中的思維監(jiān)控的目的就在于使解題進(jìn)程不致偏離正確軌道太遠(yuǎn)，使解題系統(tǒng)從不平衡趨向平衡，從舊的平衡趨向新的平衡。決定調(diào)節(jié)的內(nèi)容和方式，依據(jù)是解題者在題中獲得的新信息，而獲取新信息的誘因則是解題者在解題中提出的種種問題，是問題引導(dǎo)解題者去獲取各種各樣的信息的。由此可見，思維調(diào)節(jié)的訓(xùn)練首先應(yīng)該是提出問題的訓(xùn)練，即目標(biāo)意識的訓(xùn)練。