高中物理运动学问题解决图式的建构

问题解决图式是主体对于某一类题综合性质比如类型、结构以及解题方法的概括性表征,它是有组织的知识结构.问题解决的过程实质上是知识识别与应用的过程即以自己长时记忆中已储存的知识对外部信息的识别的基础上解决问题.这种识别的一个前提条件是已有知识的抽象概括性必须高于所要识别的外部信息.图式的形成往往是在模板基础上形成的,像运动学这类题有许多变式,每解一道题,模板就会被不断的加工和改变,随着模板的积累就会逐渐演化出对一类问题的内部表征即图式.本文通过对两道运动学题的详细探讨,希望帮助初学者建构对此类题的问题解决图式,树立对整个高中物理学习的信心.

1图式的建构-问题

加速度作为运动学的核心概念,它存在于运动学所有问题当中.基于此可以把此类问题分为两种变式即物理过程只涉及一个加速度a和涉及多个加速度.如例题1和例题2.

例1如图1,一质点以一定初速度由A点沿直线AB做匀加速直线运动,行程的第一部分用时间t1位移s1,第二部分用时间t2位移s2.全程加速度不变.求加速度a的大小.

例2如图2,一质点从静止开始由A点沿直线AB运动,行程的第一部分加速度为a1的匀加速运动,接着做加速度为a2的匀减速运动.抵达B点时刚好停下,全程位移为s,试求AB段所用的时间t.

2图式的建构-方法

这两类变式主要会用到的思想方法有公式法、平均值法、图象法.

2.1公式法

2.2平均值

平均值法有两种描述,第一种是匀变速直线运动平均速度等于中点时刻的瞬时速度即等于vt/2,第二种是匀变速直线运动平均速度等于初末速度的平均值即等于v0+vt2.运用平均值法时应判断选哪一种,就此两例题来说,例1适合第一种例2适合第二种.

2.3图象法

按照正常由vt等于v0+at推出位移公式s等于v0t+at2/2必须用积分但高中并没学过,因此教材中使用了图象法来推出位移公式.使用图象能使复杂的物理过程形象化便于解题,但并不是所有的题都适合图象法,例1和例2在用图象法时就会形成鲜明的对比,有兴趣的读者可以画v-t图象解下例1,这里重点分析例2.

例2的v-t图象如图3,题目条件已知全程位移即三角形ABC的面积为s,设全程时间为t,C点速度为v,则由面积公式得vt/2,又斜率即加速度可得v/a1+v/a2等于t,两个方程两个未知数可解出时间t.

3图式的建构-策略

通过观察以上两道例题的六种解题过程,得出策略与方法的关系就相当于战略与战术的关系,策略具有普遍适用性.运动学解题策略主要有以下几种.

3.1整体性策略

整体性策略要求全局把握,把握解题各环节的联系,避免使各环节陷入孤立.如果忽略这些就很容易局限于细节中的繁琐运算和复杂讨论.比如例1应整体看待AB过程,如果能找出两点时刻的瞬时速度那套用vt等于v0+at即可求出加速度.例2虽有两个过程但C点是俩过程的联系点设出C点速度是关键.这两道题如果不整体把握就会陷入复杂的细节讨论中,也就是公式法所研究的.

3.2媒介构造策略

此策略是指在问题解决过程中人为设出媒介元素,它们可作为沟通题目条件与结论的桥梁.例1和例2的公式法正是把AB过程分为AC和CB俩子过程根据公式设出未知数列方程求出未知数.例2的平均值法是正逆推的结合AC段是初速度为零的匀加速而CB段逆向看也是初速度为零的匀加速,找出C点这个中途结合点是巧妙解题的关键.

当接触的问题难以入手时,可以将其转化为比较熟悉且容易的问题解决方式.

当前的新课程改革的理论基础是建构主义学习理论,它也强调基于问题式的学习,通过问题的解决来建构知识.由以上内容,可以清晰的了解高中物理运动学这个模块的题型、方法、策略等,建构关于此类题问题的图式或许可以成为学习的捷径.