物理解題屬于問題解決的范疇，是認(rèn)知心理學(xué)的一個(gè)重要課題。但它又有顯著的單學(xué)科特點(diǎn)，解數(shù)學(xué)題須要引用數(shù)學(xué)學(xué)科的知識(shí)，因而對(duì)物理解題進(jìn)行心理學(xué)的研究和闡述無疑對(duì)化學(xué)教學(xué)是有積極意義的，對(duì)引導(dǎo)中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維也是有幫助的。下邊就詳盡的談?wù)劇?span style="display:none">302物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
一、物理解題概述
近些年來解題研究強(qiáng)調(diào)：一個(gè)問題是指一個(gè)不能及時(shí)達(dá)到的目標(biāo)，為求達(dá)到這個(gè)目標(biāo)所作的體力或心理的行動(dòng)稱作問題解決。解題時(shí)必需要遵照一定的法則。故一個(gè)問題應(yīng)包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：（1）始態(tài)（）──問題所給與的已知情況，化學(xué)習(xí)題中的已知條件；（2）終態(tài)（）──解題時(shí)要達(dá)到的最終目標(biāo)，數(shù)學(xué)題中的所求；（3）操作法則（）──應(yīng)用這種法則把問題由始態(tài)轉(zhuǎn)弄成終態(tài)，在小學(xué)物理解題方法中包括要符合的化學(xué)定理原理也要符合人們認(rèn)識(shí)的規(guī)律。
在解題過程中，解題者要由始態(tài)開始，通過一系列的問題態(tài)，抵達(dá)終態(tài)。由始態(tài)到終態(tài)的所有問題態(tài)構(gòu)成了問題空間，而問題態(tài)的轉(zhuǎn)變須要解題者做出個(gè)別心理操作，這樣就構(gòu)造了解題的心理圖像。這心理圖像是個(gè)人化的，它因人而異，它所包含的信息可以較問題本身的信息為多或?yàn)樯伲鞘芙忸}者儲(chǔ)存在常年記憶里知識(shí)的影響。也就是說，解題者按照自己已有的知識(shí)來構(gòu)造心理圖像和找尋題解。許多時(shí)，問題空間很大，允許操作的法則也好多。就是一題多解；有時(shí)問題空間盡管很大，允許操作的法則卻很有限，相應(yīng)的問題解法也就較少。
解題過程也是一個(gè)十分復(fù)雜的信息處理過程，解題者則是一個(gè)信息處理系統(tǒng)，解題就是系統(tǒng)跟問題的互相作用。解題取決于這個(gè)信息處理系統(tǒng)的特點(diǎn)和問題結(jié)構(gòu)。問題結(jié)構(gòu)限制解題的過程，提供一些可行的行動(dòng)；解題者的特點(diǎn)是指他短期記憶的容量，常年記憶儲(chǔ)存的知識(shí)和貯存及提取這種知識(shí)所需的時(shí)間，貯存的知識(shí)“模塊”（基題）越多，提取這種“模塊”的速率越快，解題的效率就越高。
二、物理解題中的心理操作
解題時(shí)，將題目所描述的數(shù)學(xué)現(xiàn)象譯成化學(xué)圖像輸入腦部暫時(shí)貯存，而后腦部將進(jìn)行一系列復(fù)雜的心理操作，使問題得以解決。進(jìn)行心理操作，一是要有操作對(duì)象，二是要有一定的操作規(guī)則（包括操作的先后順序）。物理解題中的心理操作對(duì)象是儲(chǔ)存于腦部長(zhǎng)久記憶中數(shù)學(xué)知識(shí)的基本模塊。而這種“模塊”信息量的大小，集成化程度的高低，因人而異，各不相同。操作規(guī)則必須符合本門學(xué)科的原理和人們認(rèn)識(shí)的規(guī)律。所謂心理操作是指對(duì)這種“模塊”進(jìn)行加工、組合、銜接、再造的心理過程。沒有這種“模塊”，心理操作就喪失了原料。不能要求一個(gè)毫無化學(xué)知識(shí)的人去解數(shù)學(xué)題，不論他怎么聰明，也不會(huì)解出化學(xué)題來，道理很簡(jiǎn)單，由于在他腦部的長(zhǎng)久記憶里沒有儲(chǔ)存加工的“模塊”，巧婦難為無米之炊就是這個(gè)道理。
物理解題的心理操作通常分三個(gè)階段進(jìn)行：
第一階段為檢索提取階段。當(dāng)要解的習(xí)題輸入腦部后，一旦被吸引去開始解決時(shí)，我們?cè)械闹R(shí)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐知覺都會(huì)奔向一定問題的方向去變化、檢索、識(shí)別而后提取儲(chǔ)存于腦部常年記憶里相仿、相似的“模塊”。這種“模塊”可以是化學(xué)某部份、某單元的知識(shí)，也可以是同類型的基本習(xí)題。第一階段的工作為第二階段的加工提供了原料和必要的打算。其實(shí)，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的問題，不見得一次能夠?qū)ⅰ澳K”提取的非常確切，有時(shí)在加工的過程中還可反復(fù)檢索，反復(fù)提取。
第二階段為溝通加工階段。這一階段是心理操作非常重要的階段，它包括采納、排除、分解、組合、遷移、選擇、改造、銜接：溝通等操作環(huán)節(jié)。通過以上的操作，使問題空間逐漸確定，逐漸明朗。溝通思路，產(chǎn)生策略。在這了階段要對(duì)原有的“模塊”加工再造，重新進(jìn)行組織，腦部皮層的暫時(shí)神經(jīng)聯(lián)系在有些部位出現(xiàn)新的開通，有些部位形成暫時(shí)關(guān)掉，進(jìn)行新的改組，這時(shí)侯新的創(chuàng)造思維都會(huì)形成。解題從某個(gè)角度講就是一種創(chuàng)造，當(dāng)解決他人未曾解決的問題時(shí)更是這么。
在進(jìn)行操作時(shí)，有時(shí)須要把整體“模塊”分成器件，直到不能再分。把每一個(gè)“模塊”所含的元素按須要排列，按須要將上述被分解的元素重新組合，依所提供的信息充分想像，還要克服思維定勢(shì)的影響，使問題空間逐漸確定高中物理思想方法，產(chǎn)生解題策略。
第三個(gè)階段為反饋輸出階段，經(jīng)過第二階段的溝通加工，方案策略早已產(chǎn)生，再經(jīng)過編輯、優(yōu)化、計(jì)算、檢驗(yàn)，使被加工的信息系統(tǒng)化、條理化，這就達(dá)到了問題的終態(tài)。這時(shí)將已加工完畢的信息分為兩部份：一部份通過職能臟器輸出，一部份又回輸（反饋）到腦部成為新的“模塊”貯于常年記憶。我們將心理操作過程用框圖示意如下：
心理操作是個(gè)人化的思維隱喻。有些人在問題空間中漫無邊際的思考，但未能組織，終無所獲。有些人卻能在問題空間中用極為有限的搜救來取代幾乎難以用盡的搜索高中物理思想方法，甚至有條不紊地邁向目的，不出現(xiàn)任何嘗試的錯(cuò)誤。
三、解題實(shí)例剖析
例1，一個(gè)質(zhì)量為m，帶有電荷為q的物件可在水平軌道ox運(yùn)動(dòng)，O端有一與軌道垂直的固定墻。軌道處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)的大小為E，h向沿ox是正向，如圖二所示，小物體以初速vo從xo沿ox軌道運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)遭到大小不變的磨擦力f作用，且f＜Eq，設(shè)小物體與墻碰撞時(shí)不損失機(jī)械能，且電量保持不變，求它在停止運(yùn)動(dòng)前所通過的總路程S0（1989年中考題）
解：假如我們將上述問題所描述的數(shù)學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行剖析，將會(huì)從腦部的常年記憶中提取“電勢(shì)能”、“動(dòng)能”、“摩擦力作功”、“功能原理”四個(gè)基本知識(shí)模塊。而這四個(gè)模塊間有哪些聯(lián)系，是如何銜接上去的呢？下邊我們分兩種情況來討論：假如沒有磨擦力，因?yàn)槲矬w與墻面的碰撞井不損失能量，因而物體的功能和電勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，但功能和電勢(shì)能的總和是守恒的；在有磨擦力的情況下，磨擦力的方向與小物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，動(dòng)能和電勢(shì)能就會(huì)漸漸降低，最后將停在O點(diǎn)。這就是小物體克服磨擦力所做的功等于降低的動(dòng)能和電勢(shì)能之和。我們可以用框圖表示如下：
“模塊2”與“模塊3”從不同的方面描寫了物體狀態(tài)的變化，“模塊1”描寫克服磨擦力作功的過程。物體狀態(tài)的變化，或許是因磨擦力作功而導(dǎo)致，這樣“模塊1”與“模塊2、3”之間就有了困果聯(lián)系，而兩者的定量關(guān)系是由“模塊4”（功能原理）銜接上去的。由于本問題所求物體的后路程是與過程量功密不可分的化學(xué)量，同樣出現(xiàn)在作功的全過程中，所以提取磨擦力作功的模塊是有道理的。根據(jù)圖三列式估算并不困難，此處估算從略。
例2，如圖所示，在水平光滑的桌面上放一個(gè)質(zhì)量為M的玩具貨車，和貨車的平臺(tái)（貨車的一部份）上有一質(zhì)量可以忽視的彈簧。一端固定在平臺(tái)，另一端用質(zhì)量為m的小球?qū)椈蓧嚎s一定距離后用細(xì)線捆住，用手將貨車固定在桌面上，之后燒斷線，小球就被彈出，落在車上A點(diǎn)。假如小車不固定而燒斷細(xì)線，球?qū)⒙湓谲嚿虾翁帲吭O(shè)貨車足夠長(zhǎng)。球不致落在車外。（1987年中考題）
解：本題可以分大車動(dòng)與不動(dòng)兩種情況，四個(gè)基本化學(xué)過程，即“小車不動(dòng)時(shí)小球的平拋運(yùn)動(dòng)”，“小車動(dòng)時(shí)小球與貨車的互相作用”、“小球?qū)ω涇嚨南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)”，“小車動(dòng)時(shí)小球的平拋運(yùn)動(dòng)”。每一個(gè)化學(xué)過程可以覺得是存放了一定信息的模塊。每位模塊統(tǒng)攝了許多數(shù)學(xué)知識(shí)，為小球的乎拋運(yùn)動(dòng)，包括了平拋的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，重力作用的瞬時(shí)效應(yīng)，空間積累效應(yīng)，時(shí)間積累效應(yīng)，貨車動(dòng)時(shí)情況更復(fù)雜。并且經(jīng)過分解、篩選可以發(fā)覺四個(gè)過程都與速率緊密相連，這就有可能通過速率將四個(gè)化學(xué)過程聯(lián)系上去，如框圖所示：
在圖一中已圖示了每一“模塊”的從屬關(guān)系，所應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)規(guī)律以及它們之間相互聯(lián)系的銜接條件。這樣解題的思路早已溝通，再構(gòu)造物理模型去解是并不難的。
例3，一根細(xì)繩越過一定滑輪，兩端分別有質(zhì)量為m及M的物體，如圖六，且
M＞m，M靜止在地面上，當(dāng)m自由下落h距離后，繩子開始與m、M互相作用，在極短時(shí)間內(nèi)繩子被拉緊，求繩子剛才被拉緊時(shí)，M能上升的最大高度？
解：本題整個(gè)的化學(xué)過程可分為三個(gè)階段。第一階段：m作自由落體運(yùn)動(dòng)。第二階段：繩子分別與物體互相作用。第三階段：m及M分別作勻變速運(yùn)動(dòng)。三個(gè)階段的聯(lián)系是：第一階段m作自由落體運(yùn)動(dòng)的末速率v恰是第二階段m與繩互相作用前的初速率。第二階段m、M與繩子互相作用后的速率V就是第三階段M作變速運(yùn)動(dòng)的初速率。如圖七所示。
從圖七我們可以看出每一個(gè)階段實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)知識(shí)“模塊”，但每一“模塊”所包含的知識(shí)容量并不相同，每一“模塊”有各自的特征和應(yīng)當(dāng)滿足的規(guī)律。這種規(guī)律就是操作規(guī)則。這三個(gè)“模塊”自然地銜接上去就構(gòu)成了一個(gè)完整清晰的圖像，再估算是不難的。
人類認(rèn)識(shí)的理論除了要解釋人如何進(jìn)行復(fù)雜的思維和解題工作，還要解釋人是如何學(xué)會(huì)如此作的。研究解題者對(duì)化學(xué)問題構(gòu)造的心理圖像，目的是了解她們對(duì)化學(xué)知識(shí)的組織和加工能力。在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)上重理解輕記憶的作法是不足取的，也是沒有按照的。解題的成功者在于她們擁有高度組織的化學(xué)知識(shí)，并在記憶中儲(chǔ)藏了不少相類似問題的題解。在數(shù)學(xué)教學(xué)中只讓中學(xué)生盲目作題，不講習(xí)題的溝通和演化、不引導(dǎo)中學(xué)生作正確的定性剖析也是不可取的。凡成功的解題者，解題策略好的，大都是先對(duì)問題作定性剖析，探求到解題思路后，才作定量剖析。
近些年來美國(guó)有些數(shù)學(xué)教育家紛紛倡議應(yīng)強(qiáng)化中學(xué)生定性推理能力。我國(guó)近幾年的中考試卷也加強(qiáng)了定性剖析試題的成份，注意把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向知識(shí)技能的習(xí)得過程。并且我們?nèi)孕鑿?qiáng)化物理解題的心理過程研究，強(qiáng)化物理解題的定性剖析，這除了有助于中學(xué)生解題策略的產(chǎn)生，也有助于中學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。
