物理問(wèn)題解決屬于問(wèn)題解決的范疇，是認(rèn)知心理學(xué)的一個(gè)重要課題。 但它也具有明顯的單科特征。 解決數(shù)學(xué)問(wèn)題需要引用數(shù)學(xué)學(xué)科的知識(shí)。 因此，心理學(xué)研究和闡述解決物理問(wèn)題無(wú)疑對(duì)化學(xué)教學(xué)具有積極意義，對(duì)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(lái)詳細(xì)說(shuō)說(shuō)。
1. 物理解題概述
近年來(lái)，問(wèn)題解決研究強(qiáng)調(diào)，問(wèn)題是指無(wú)法及時(shí)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而采取的身體或心理行動(dòng)稱為問(wèn)題解決。 解決問(wèn)題時(shí)必須遵循一定的規(guī)則。 因此，一個(gè)問(wèn)題應(yīng)該包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：（1）初始狀態(tài)（）──問(wèn)題給出的已知情況，化學(xué)問(wèn)題中的已知條件； （2）最終狀態(tài)（）──解決問(wèn)題時(shí)要達(dá)到的最終目標(biāo)，即數(shù)學(xué)問(wèn)題所尋求的是什么； (3) 運(yùn)算規(guī)則()——應(yīng)用該規(guī)則將問(wèn)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(wèn)題的過(guò)程中，問(wèn)題解決者必須從初始狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列的問(wèn)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(wèn)題狀態(tài)構(gòu)成問(wèn)題空間，問(wèn)題狀態(tài)的變化需要問(wèn)題解決者進(jìn)行一定的心理操作，從而構(gòu)建問(wèn)題解決的心理形象。 這種心理形象是個(gè)人的。 這因人而異。 它可以包含比問(wèn)題本身更多或更少的信息。 它受到問(wèn)題解決者長(zhǎng)期記憶中存儲(chǔ)的知識(shí)的影響。 換句話說(shuō)，問(wèn)題解決者構(gòu)建心理圖像并根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)找到問(wèn)題的解決方案。 很多時(shí)候，問(wèn)題空間很大，允許運(yùn)算的規(guī)則也很多。 一個(gè)問(wèn)題有多種解決方案； 有時(shí)即使問(wèn)題空間很大，但允許運(yùn)算的規(guī)則卻非常有限，相應(yīng)的問(wèn)題解決方案也較少。
解決問(wèn)題的過(guò)程也是一個(gè)非常復(fù)雜的信息處理過(guò)程。 問(wèn)題解決者是一個(gè)信息處理系統(tǒng)，問(wèn)題解決是系統(tǒng)與問(wèn)題之間的交互。 問(wèn)題的解決取決于這個(gè)信息處理系統(tǒng)的特性和問(wèn)題的結(jié)構(gòu)。 問(wèn)題結(jié)構(gòu)限制了問(wèn)題的解決過(guò)程，并提供了一些可行的行動(dòng)； 問(wèn)題解決者的特征是指他的短期記憶的容量、長(zhǎng)期記憶中存儲(chǔ)的知識(shí)以及存儲(chǔ)和檢索這些知識(shí)所需的時(shí)間高中物理做題思路，以及存儲(chǔ)的知識(shí)“模塊”越多（基本問(wèn)題）有的話，提取這種“模塊”的速度越快，解決問(wèn)題的效率就越高。
2. 解決物理問(wèn)題時(shí)的心理運(yùn)作
解決問(wèn)題時(shí)，問(wèn)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(shí)存儲(chǔ)。 然后大腦會(huì)執(zhí)行一系列復(fù)雜的心理操作來(lái)解決問(wèn)題。 進(jìn)行心理操作，首先要有操作對(duì)象，其次要有一定的操作規(guī)則（包括操作順序）。 物理問(wèn)題求解中的心理運(yùn)算對(duì)象是大腦長(zhǎng)期記憶中存儲(chǔ)的數(shù)學(xué)知識(shí)的基本模塊。 這個(gè)“模塊”所包含的信息大小和集成程度因人而異。 運(yùn)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(duì)這些“模塊”進(jìn)行加工、組合、連接和再創(chuàng)造的心理過(guò)程。 沒(méi)有這樣的“模塊”，心理運(yùn)作就會(huì)失去原材料。 你不能要求一個(gè)沒(méi)有化學(xué)知識(shí)的人解決數(shù)學(xué)問(wèn)題。 無(wú)論他多么聰明，他都無(wú)法解決化學(xué)問(wèn)題。 原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗竽X的長(zhǎng)期記憶中沒(méi)有存儲(chǔ)和處理的“模塊”。 這就是女人無(wú)米之炊不能做飯的原因。
解決物理問(wèn)題的心理運(yùn)作通常分三個(gè)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(kāi)始解題，我們?cè)械闹R(shí)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐感知就會(huì)朝著某個(gè)問(wèn)題的方向去改變、檢索、識(shí)別，然后提取并存儲(chǔ)起來(lái)。在大腦的永久記憶中。 ，類似的“模塊”。 這個(gè)“模塊”可以是化學(xué)某一部分或單元的知識(shí)，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(jì)劃。 事實(shí)上，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，可能無(wú)法一次性非常準(zhǔn)確地提取出“模塊”，有時(shí)在處理過(guò)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(gè)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(guò)以上操作，問(wèn)題空間逐漸確定并明確。 交流想法并制定策略。 在這個(gè)階段，原有的“模塊”要進(jìn)行加工和重組，大腦皮層的臨時(shí)神經(jīng)連接有的部分新打開(kāi)，有的部分暫時(shí)關(guān)閉，進(jìn)行新的重組。 這時(shí)，侯鑫的創(chuàng)造性思維就會(huì)形成。 解決問(wèn)題從某種角度來(lái)說(shuō)是一種創(chuàng)造，尤其是在解決別人沒(méi)有解決的問(wèn)題時(shí)。
這樣做時(shí)，有時(shí)需要將整體“模塊”劃分為組件，直到無(wú)法進(jìn)一步劃分為止。 根據(jù)需要排列各個(gè)“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(wèn)題空間逐步確定并生成解決方案。 提問(wèn)策略。
第三階段是反饋輸出階段。 經(jīng)過(guò)第二階段的溝通和處理，計(jì)劃策略已經(jīng)產(chǎn)生，然后進(jìn)行編輯、優(yōu)化、計(jì)算和測(cè)試，使處理后的信息系統(tǒng)化和組織化。 至此，問(wèn)題就結(jié)束了。 狀態(tài)。 此時(shí)，處理后的信息分為兩部分：一部分通過(guò)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(chǔ)在常年記憶中。 我們用一個(gè)框圖來(lái)說(shuō)明心理操作過(guò)程如下：
心理操作是個(gè)人對(duì)思維的隱喻。 有些人在問(wèn)題空間里閑逛，無(wú)法組織起來(lái)，最終一事無(wú)成。 有些人可以用問(wèn)題空間內(nèi)極為有限的搜救來(lái)代替幾乎耗盡精力的搜索，甚至無(wú)需任何試錯(cuò)，有條不紊地朝著目標(biāo)前進(jìn)。
3.解題實(shí)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(yùn)動(dòng)，且O端有垂直于軌道的固定壁。 軌道處于均勻電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)大小為E，沿ox的h方向?yàn)檎较颉?如圖2所示，小物體以初速度vo從xo沿ox軌道運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)函數(shù)過(guò)程中遇到恒定的摩擦力f，且f<Eq，假設(shè)小物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不損失機(jī)械能。它撞到墻壁，電量不變，求它停止移動(dòng)前經(jīng)過(guò)的總距離S0（1989年期中考試題）
解：如果我們分析以上問(wèn)題描述的數(shù)學(xué)現(xiàn)象，我們就會(huì)從常年記憶中提取出“電勢(shì)能”、“動(dòng)能”、“摩擦力做功”和“功能原理”四個(gè)基本知識(shí)模塊。大腦。 而這四個(gè)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(méi)有摩擦力，由于物體與墻壁碰撞，沒(méi)有能量損失，物體的函數(shù)和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，但函數(shù)和勢(shì)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(yùn)動(dòng)方向相反，動(dòng)能和電勢(shì)能會(huì)逐漸減小，最后停在O點(diǎn)。這就是小物體所做的功克服的摩擦力等于減少的動(dòng)能和電勢(shì)能之和。 我們可以用框圖表示如下：
“模塊2”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(guò)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(lái)。 由于本題中物體的后向路徑是一個(gè)與過(guò)程量做功密不可分的化學(xué)量，它也出現(xiàn)在做功的整個(gè)過(guò)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(chē)放置在水平光滑的桌面上，卡車(chē)的平臺(tái)（卡車(chē)的一部分）上有一個(gè)質(zhì)量可以忽略不計(jì)的彈簧。 一端固定在平臺(tái)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(chē)固定在桌子上，然后將鐵絲燒毀，球被彈出并落在卡車(chē)上 A 點(diǎn)。如果車(chē)沒(méi)有固定好，繩子被吹斷，球會(huì)落在車(chē)的什么位置？ 假設(shè)卡車(chē)足夠長(zhǎng)。 球不會(huì)掉到車(chē)外。 （1987年中考題??）
解：本題可分為兩種情況：大車(chē)在動(dòng)和大車(chē)不動(dòng)。 有四個(gè)基本的化學(xué)過(guò)程，分別是“小車(chē)靜止時(shí)小球的平拋運(yùn)動(dòng)”、“小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)小球與卡車(chē)的相互作用”、“小車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)”球到馬車(chē)上”，“馬車(chē)移動(dòng)時(shí)小球的平拋運(yùn)動(dòng)”。 每個(gè)化學(xué)過(guò)程可以被視為存儲(chǔ)一定信息的模塊。 每個(gè)模塊都集成了很多數(shù)學(xué)知識(shí)，就是球的拋擲運(yùn)動(dòng)，包括平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、重力的瞬時(shí)效應(yīng)、空間累積效應(yīng)、時(shí)間累積效應(yīng)，當(dāng)拋球運(yùn)動(dòng)時(shí)情況比較復(fù)雜?？ㄜ?chē)正在移動(dòng)。 并且經(jīng)過(guò)分解和篩選，可以發(fā)現(xiàn)這四個(gè)過(guò)程與速率有著緊密的聯(lián)系。 可以通過(guò)速率將四個(gè)化學(xué)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，如框圖所示：
圖1中已經(jīng)說(shuō)明了各個(gè)“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(wèn)題的思路已經(jīng)溝通很久了，構(gòu)造一個(gè)物理模型來(lái)解決也不是什么難事。
例3：一根繩子經(jīng)過(guò)某個(gè)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(shí)，繩子開(kāi)始與m和M相互作用。繩子在很短的時(shí)間內(nèi)被拉緊。 求此時(shí)繩子拉緊時(shí)M能升起的最大高度。 高的？
解：本題整個(gè)化學(xué)過(guò)程可分為三個(gè)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(yùn)動(dòng)。 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(yùn)動(dòng)的初速度。 如圖7所示。
從圖7中我們可以看出，每個(gè)階段本質(zhì)上都是一個(gè)知識(shí)“模塊”，但每個(gè)“模塊”所包含的知識(shí)容量是不同的。 每個(gè)“模塊”都有自己的特點(diǎn)和應(yīng)該滿足的規(guī)則。 這個(gè)規(guī)則就是操作規(guī)則。 這三個(gè)“模塊”自然地連接在一起，構(gòu)成了一個(gè)完整清晰的圖像，再次估算起來(lái)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(wèn)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(wèn)題解決者構(gòu)建的化學(xué)問(wèn)題心理圖像的目的是了解他們組織和處理化學(xué)知識(shí)的能力。 在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)理解而忽視記憶是不可取的，也是不合理的。 成功的問(wèn)題解決者是那些擁有高度組織化的化學(xué)知識(shí)并在記憶中存儲(chǔ)了許多類似問(wèn)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(wèn)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(wèn)題策略的成功問(wèn)題解決者首先對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定性分析，探索解決問(wèn)題的思路后，再進(jìn)行定量分析。
近年來(lái)，美國(guó)一些數(shù)學(xué)教育家主張加強(qiáng)中學(xué)生的定性推理能力。 近年來(lái)，我國(guó)中考試卷也強(qiáng)化了定性分析題的內(nèi)容，注重獲取知識(shí)和技能的過(guò)程。 并且我們還需要加強(qiáng)對(duì)解決物理問(wèn)題的心理過(guò)程的研究，加強(qiáng)對(duì)解決物理問(wèn)題的定性分析。 這不僅有利于生成中學(xué)生解決問(wèn)題的策略，也有利于培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力。