物理問題解決屬于問題解決的范疇，是認(rèn)知心理學(xué)的一個重要課題。 但它也具有明顯的單科特征。 解決數(shù)學(xué)問題需要引用數(shù)學(xué)學(xué)科的知識。 因此，心理學(xué)研究和闡述解決物理問題無疑對化學(xué)教學(xué)具有積極意義，對于引導(dǎo)中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維也有益。 有幫助。 下面我們來詳細(xì)說說。
1. 物理解題概述
近年來，問題解決研究強調(diào)，問題是指無法及時實現(xiàn)的目標(biāo)，為實現(xiàn)這一目標(biāo)而采取的身體或心理行動稱為問題解決。 解決問題時必須遵循一定的規(guī)則。 因此，一個問題應(yīng)該包括以下幾個環(huán)節(jié)：（1）初始狀態(tài)（）──問題給出的已知情況，化學(xué)問題中的已知條件； （2）最終狀態(tài)（）──解決問題時要達(dá)到的最終目標(biāo)，即數(shù)學(xué)問題所尋求的是什么； (3) 運算規(guī)則()——應(yīng)用該規(guī)則將問題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K狀態(tài)。 小學(xué)物理解題方法包括必須遵守的化學(xué)定理原理。 遵守人們所知的法律。
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在解決問題的過程中，問題解決者必須從初始狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列的問題狀態(tài)，并達(dá)到最終狀態(tài)。 從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的所有問題狀態(tài)構(gòu)成問題空間，問題狀態(tài)的變化需要問題解決者進(jìn)行一定的心理操作，從而構(gòu)建問題解決的心理形象。 這種心理形象是個人的。 這因人而異。 它可以包含比問題本身更多或更少的信息。 它受到問題解決者長期記憶中存儲的知識的影響。 換句話說，問題解決者構(gòu)建心理圖像并根據(jù)現(xiàn)有知識找到問題的解決方案。 很多時候，問題空間很大，允許運算的規(guī)則也很多。 一個問題有多種解決方案； 有時即使問題空間很大，但允許運算的規(guī)則卻非常有限，相應(yīng)的問題解決方案也較少。
解決問題的過程也是一個非常復(fù)雜的信息處理過程。 問題解決者是一個信息處理系統(tǒng)，問題解決是系統(tǒng)與問題之間的交互。 問題的解決取決于這個信息處理系統(tǒng)的特性和問題的結(jié)構(gòu)。 問題結(jié)構(gòu)限制了問題的解決過程，并提供了一些可行的行動； 問題解決者的特征是指他的短期記憶的容量、長期記憶中存儲的知識以及存儲和檢索這些知識所需的時間高中物理做題思路，以及存儲的知識“模塊”越多（基本問題）有的話，提取這種“模塊”的速度越快，解決問題的效率就越高。
2. 解決物理問題時的心理運作
解決問題時，問題描述的數(shù)學(xué)現(xiàn)象被轉(zhuǎn)化為化學(xué)圖像并輸入大腦暫時存儲。 然后大腦會執(zhí)行一系列復(fù)雜的心理操作來解決問題。 進(jìn)行心理操作，首先要有操作對象，其次要有一定的操作規(guī)則（包括操作順序）。 物理問題求解中的心理運算對象是大腦長期記憶中存儲的數(shù)學(xué)知識的基本模塊。 這個“模塊”所包含的信息大小和集成程度因人而異。 運行規(guī)則必須符合主體的原則和人們所理解的規(guī)律。 所謂心理操作，就是對這些“模塊”進(jìn)行加工、組合、連接和再創(chuàng)造的心理過程。 沒有這樣的“模塊”，心理運作就會失去原材料。 你不能要求一個沒有化學(xué)知識的人解決數(shù)學(xué)問題。 無論他多么聰明，他都無法解決化學(xué)問題。 原因很簡單，因為他大腦的長期記憶中沒有存儲和處理的“模塊”。 這就是女人無米之炊不能做飯的原因。
解決物理問題的心理運作通常分三個階段進(jìn)行：
第一階段是檢索和提取階段。 當(dāng)待解的習(xí)題輸入大腦后，一旦我們被吸引開始解題，我們原有的知識經(jīng)驗和實踐感知就會朝著某個問題的方向去改變、檢索、識別，然后提取并存儲起來。在大腦的永久記憶中。 ，類似的“模塊”。 這個“模塊”可以是化學(xué)某一部分或單元的知識，也可以是同一類型的基礎(chǔ)練習(xí)。 第一階段的工作為第二階段的加工提供原材料和必要的計劃。 事實上，對于一個復(fù)雜的問題，可能無法一次性非常準(zhǔn)確地提取出“模塊”，有時在處理過程中可以反復(fù)檢索和提取。
第二階段是通信處理階段。 這一階段是心理操作的一個非常重要的階段，包括采納、排除、分解、組合、遷移、選擇、轉(zhuǎn)化、聯(lián)系、溝通等操作環(huán)節(jié)。 通過以上操作，問題空間逐漸確定并明確。 交流想法并制定策略。 在這個階段，原有的“模塊”要進(jìn)行加工和重組，大腦皮層的臨時神經(jīng)連接有的部分新打開，有的部分暫時關(guān)閉，進(jìn)行新的重組。 這時，侯鑫的創(chuàng)造性思維就會形成。 解決問題從某種角度來說是一種創(chuàng)造，尤其是在解決別人沒有解決的問題時。
這樣做時，有時需要將整體“模塊”劃分為組件，直到無法進(jìn)一步劃分為止。 根據(jù)需要排列各個“模塊”所包含的要素，根據(jù)需要重新組合上述分解的要素，根據(jù)提供的信息充分想象，克服固定思維的影響，使問題空間逐步確定并生成解決方案。 提問策略。
第三階段是反饋輸出階段。 經(jīng)過第二階段的溝通和處理，計劃策略已經(jīng)產(chǎn)生，然后進(jìn)行編輯、優(yōu)化、計算和測試，使處理后的信息系統(tǒng)化和組織化。 至此，問題就結(jié)束了。 狀態(tài)。 此時，處理后的信息分為兩部分：一部分通過功能器官輸出，另一部分反饋（反饋）到大腦，成為新的“模塊”，存儲在常年記憶中。 我們用一個框圖來說明心理操作過程如下：
心理操作是個人對思維的隱喻。 有些人在問題空間里閑逛，無法組織起來，最終一事無成。 有些人可以用問題空間內(nèi)極為有限的搜救來代替幾乎耗盡精力的搜索，甚至無需任何試錯，有條不紊地朝著目標(biāo)前進(jìn)。
3.解題實例分析
例1，質(zhì)量為m，電荷為q的物體可以在水平軌道ox上運動，且O端有垂直于軌道的固定壁。 軌道處于均勻電場中，場強大小為E，沿ox的h方向為正方向。 如圖2所示，小物體以初速度vo從xo沿ox軌道運動，在運動函數(shù)過程中遇到恒定的摩擦力f，且f<Eq，假設(shè)小物體在運動過程中不損失機械能。它撞到墻壁，電量不變，求它停止移動前經(jīng)過的總距離S0（1989年期中考試題）
解：如果我們分析以上問題描述的數(shù)學(xué)現(xiàn)象，我們就會從常年記憶中提取出“電勢能”、“動能”、“摩擦力做功”和“功能原理”四個基本知識模塊。大腦。 而這四個模塊之間有什么聯(lián)系，又是如何連接的呢？ 下面我們討論兩種情況：如果沒有摩擦力，由于物體與墻壁碰撞，沒有能量損失，物體的函數(shù)和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，但函數(shù)和勢能之和守恒; 在有摩擦力的情況下，摩擦力的方向與小物體的運動方向相反，動能和電勢能會逐漸減小，最后停在O點。這就是小物體所做的功克服的摩擦力等于減少的動能和電勢能之和。 我們可以用框圖表示如下：
“模塊2”和“模塊3”從不同方面描述了物體狀態(tài)的變化，“模塊1”描述了克服摩擦力做功的過程。 物體狀態(tài)的變化可能是由摩擦力做功引起的，因此“模1”和“模2、3”之間存在關(guān)系，兩者之間的定量關(guān)系由“模1”確定。 4"（功能原理）連接起來。 由于本題中物體的后向路徑是一個與過程量做功密不可分的化學(xué)量，它也出現(xiàn)在做功的整個過程中，因此提取摩擦做功的模塊是合理的。 根據(jù)圖中三列公式估算并不困難，所以這里省略估算。
例2，如圖所示高中物理做題思路，質(zhì)量為M的玩具卡車放置在水平光滑的桌面上，卡車的平臺（卡車的一部分）上有一個質(zhì)量可以忽略不計的彈簧。 一端固定在平臺上，另一端用質(zhì)量為m的球?qū)椈蓧嚎s一定距離，然后用細(xì)鐵絲綁住，用手將卡車固定在桌子上，然后將鐵絲燒毀，球被彈出并落在卡車上 A 點。如果車沒有固定好，繩子被吹斷，球會落在車的什么位置？ 假設(shè)卡車足夠長。 球不會掉到車外。 （1987年中考題??）
解：本題可分為兩種情況：大車在動和大車不動。 有四個基本的化學(xué)過程，分別是“小車靜止時小球的平拋運動”、“小車運動時小球與卡車的相互作用”、“小車的相對運動”球到馬車上”，“馬車移動時小球的平拋運動”。 每個化學(xué)過程可以被視為存儲一定信息的模塊。 每個模塊都集成了很多數(shù)學(xué)知識，就是球的拋擲運動，包括平拋運動的運動學(xué)特性、重力的瞬時效應(yīng)、空間累積效應(yīng)、時間累積效應(yīng)，當(dāng)拋球運動時情況比較復(fù)雜。卡車正在移動。 并且經(jīng)過分解和篩選，可以發(fā)現(xiàn)這四個過程與速率有著緊密的聯(lián)系。 可以通過速率將四個化學(xué)過程聯(lián)系起來，如框圖所示：
圖1中已經(jīng)說明了各個“模塊”的隸屬關(guān)系、應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)定律以及它們相互關(guān)系的連接條件。 這樣解決問題的思路已經(jīng)溝通很久了，構(gòu)造一個物理模型來解決也不是什么難事。
例3：一根繩子經(jīng)過某個滑輪，兩端都有質(zhì)量為m、M的物體，如圖6所示，
M>m，M在地面上靜止。 當(dāng)m自由下落距離h時，繩子開始與m和M相互作用。繩子在很短的時間內(nèi)被拉緊。 求此時繩子拉緊時M能升起的最大高度。 高的？
解：本題整個化學(xué)過程可分為三個階段。 第一階段：m處于自由落體狀態(tài)。 第二階段：繩索與物體分別相互作用。 第三階段：m、M分別勻速運動。 三階段的關(guān)系是：第一階段m自由落體的最終速度v正是第二階段m與繩子相互作用前的初速度。 第二階段m、M與繩子相互作用后的速度V即為第三階段M變速運動的初速度。 如圖7所示。
從圖7中我們可以看出，每個階段本質(zhì)上都是一個知識“模塊”，但每個“模塊”所包含的知識容量是不同的。 每個“模塊”都有自己的特點和應(yīng)該滿足的規(guī)則。 這個規(guī)則就是操作規(guī)則。 這三個“模塊”自然地連接在一起，構(gòu)成了一個完整清晰的圖像，再次估算起來并不困難。
人類認(rèn)知理論不僅應(yīng)該解釋人們?nèi)绾芜M(jìn)行復(fù)雜的思維和解決問題的工作，而且還應(yīng)該解釋人們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)這樣做。 研究問題解決者構(gòu)建的化學(xué)問題心理圖像的目的是了解他們組織和處理化學(xué)知識的能力。 在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中強調(diào)理解而忽視記憶是不可取的，也是不合理的。 成功的問題解決者是那些擁有高度組織化的化學(xué)知識并在記憶中存儲了許多類似問題的解決方案的人。 在數(shù)學(xué)教學(xué)中，只讓中學(xué)生盲目解決問題，不講習(xí)題的交流和演化，不引導(dǎo)中學(xué)生進(jìn)行正確的定性分析，也是不可取的。 大多數(shù)擁有良好解決問題策略的成功問題解決者首先對問題進(jìn)行定性分析，探索解決問題的思路后，再進(jìn)行定量分析。
近年來，美國一些數(shù)學(xué)教育家主張加強中學(xué)生的定性推理能力。 近年來，我國中考試卷也強化了定性分析題的內(nèi)容，注重獲取知識和技能的過程。 并且我們還需要加強對解決物理問題的心理過程的研究，加強對解決物理問題的定性分析。 這不僅有利于生成中學(xué)生解決問題的策略，也有利于培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力。