在習(xí)題教學(xué)中如何豐富、完善學(xué)生的物理模型意識(shí)

向敏龍

物理模型的構(gòu)建是一種重要的科學(xué)思維方法，通過(guò)對(duì)物理現(xiàn)象或過(guò)程的分析，找出反映物理現(xiàn)象（或物理過(guò)程）內(nèi)在本質(zhì)及內(nèi)在規(guī)律，從而達(dá)到認(rèn)識(shí)問(wèn)題的目的.高考選拔中的理綜試題的特點(diǎn)是題多且閱讀量大，解答物理試題要求學(xué)生第一反應(yīng)即物理建模方向要正確，才能較快進(jìn)入解題過(guò)程.那么在物理習(xí)題教學(xué)中，如何豐富、完善學(xué)生頭腦中的物理模型，有效提升學(xué)生的建模能力？本文就三個(gè)方面談?wù)剛€(gè)人的看法.

1 加強(qiáng)規(guī)范訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生正確建模

每一個(gè)具體的物理問(wèn)題所描述的物理現(xiàn)象或過(guò)程，都對(duì)應(yīng)著物理模型.一個(gè)恰當(dāng)?shù)哪Ｐ途褪且话呀忸}的金鑰匙，建立一個(gè)合適的模型就等于揭開(kāi)了掩蓋問(wèn)題現(xiàn)象或過(guò)程的本質(zhì)特征的面紗.

解題時(shí)建模一般步驟為：（1）復(fù)現(xiàn)問(wèn)題所表述的全部物理情景；（2）抓住主要矛盾，將情景與頭腦中的模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)；（3）將具體問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理模型.第一個(gè)過(guò)程即為準(zhǔn)確理解題意的過(guò)程；第二個(gè)過(guò)程為物理抽象的過(guò)程，在此步驟中，需要提取題中有用信息，去除干擾信息，將問(wèn)題理想化，抓住事物的本質(zhì)，與腦海中積累的物理模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)；第三個(gè)過(guò)程是對(duì)模型進(jìn)行梳理和完善的過(guò)程，在此過(guò)程中需要找出抽象的模型與學(xué)生記憶中已知模型的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)，如果相同，則套用已知模型規(guī)律，如不同，則需要思考為何不同，原來(lái)的物理模型需要做何完善.

例1 （2014年廣東高考理綜試題第17題）用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖1所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，則袋內(nèi)氣體

A.體積減小，內(nèi)能增大

B.體積減小，壓強(qiáng)減小

C.對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大

D.對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小

本題考查考生對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解，以日常生活現(xiàn)象為例，考查學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決問(wèn)題的能力.訓(xùn)練時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生從題中“密封性好、四周被擠壓、無(wú)熱交換”的幾個(gè)關(guān)鍵句，建立為一“絕熱氣體壓縮模型”，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生找出與物理模型相應(yīng)的物理規(guī)律，充氣袋四周被擠壓，體積肯定減小，所以外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大，這樣就可很快選出答案A、C.本題難度不大，高考區(qū)分度主要看解題的速度.在解容易題時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生盡快找到儲(chǔ)存在頭腦中相應(yīng)的物理模型（金鑰匙），做到解題又快又準(zhǔn)，為解答后續(xù)的題目節(jié)省寶貴的時(shí)間.

2 發(fā)揮主動(dòng)意識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生建模思維的運(yùn)用

習(xí)題教學(xué)中要讓學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)參與，積極思考的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣.只有主動(dòng)積極思考，才會(huì)不斷地提高從原始題目中采集信息、處理信息、建立起與題目相對(duì)應(yīng)的物理模型的能力，頭腦中的模型才會(huì)不斷豐富.建立合適的模型的關(guān)鍵是對(duì)物理狀態(tài)過(guò)程的分析，為了建立一個(gè)合適的模型就必須對(duì)題意認(rèn)真分析，所謂審題實(shí)際上就是在具體的問(wèn)題情況中審視（辨別）出準(zhǔn)確模型的過(guò)程.通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的狀態(tài)特征以及運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程的分析，區(qū)分各種因素的主次關(guān)系，并與頭腦中已有的物理模型相關(guān)聯(lián)，才能辨別出此具體問(wèn)題的實(shí)際模型.

例2 （2011年廣東高考物理試題第36題 ）如圖2所示，以A、B和C、D為端點(diǎn)的兩半圓形光滑軌道固定于豎直平面內(nèi)，一滑板靜止在光滑水平地面上，左端緊靠B點(diǎn)，上表面所在平面與兩半圓分別相切于B、C.一物塊被輕放在水平勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上E點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)到A時(shí)剛好與傳送帶速度相同，然后經(jīng)A沿半圓軌道滑下，再經(jīng)B滑上滑板.滑板運(yùn)動(dòng)到C時(shí)被牢固粘連.物塊可視為質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)量為m，滑板質(zhì)量M=2m，兩半圓半徑均為R，板長(zhǎng)l=6.5R，板右端到C的距離L在R

（1）求物塊滑到B點(diǎn)的速度大小；

（2）試討論物塊從滑上滑板到離開(kāi)滑板右端的過(guò)程中，克服摩擦力做的功Wf與L的關(guān)系，并判斷物塊能否滑到CD軌道的中點(diǎn).

分析 學(xué)生邊看圖邊讀題邊積極聯(lián)想可以很快找出本題中包含三個(gè)物理模型：一是“傳送帶”模型，物塊從E勻加速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到A；二是“豎直平面圓周運(yùn)動(dòng)”模型，物塊從A運(yùn)動(dòng)到B；三是“子彈打木塊”模型或“板塊模型”，物塊從B運(yùn)動(dòng)到C；最后又回到“豎直平面圓周運(yùn)動(dòng)”模型.雖然這道題情景較為復(fù)雜，在短時(shí)間準(zhǔn)確完整解出來(lái)有難度，但借助模型分析法拆分物理過(guò)程，是可以高效解答的，并拿到大部分分值，為做其它題目贏得時(shí)間.如果模型能力較強(qiáng)的學(xué)生在讀題的過(guò)程中，模型已經(jīng)建立，同時(shí)與模型相對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律也已經(jīng)在腦海中浮現(xiàn)，若再能挖掘出隱含條件是可以完整解答本題的.站在模型的高度審視廣東高考計(jì)算題，會(huì)有一覽眾山小的感覺(jué)，有利于攻克高考?jí)狠S題，可謂是“得模型者得高考”.

3 不斷反思總結(jié)，完善物理模型

模型不是一成不變的，在平時(shí)的練習(xí)中，教師應(yīng)當(dāng)誘導(dǎo)學(xué)生不斷完善、豐富模型.物理習(xí)題雖然形式多樣，數(shù)量龐大，但是萬(wàn)變不離其宗，通常許多紛繁的問(wèn)題都可屬于同一物理模型.在習(xí)題講解中通過(guò)多題歸一、一題多解、一題多變等方式，強(qiáng)化學(xué)生提取模型的能力；在練習(xí)中引導(dǎo)學(xué)生不斷反思總結(jié)，分清相似模型間的區(qū)別和不同模型的適用條件，分清物理模型與現(xiàn)實(shí)原型的差別，通過(guò)類(lèi)比、對(duì)比、反思、總結(jié)等方法完善、豐富學(xué)生的模型意識(shí).

比如板塊模型既是習(xí)題中的熱點(diǎn)，也是高考考查的重點(diǎn)，題目豐富多變，能很好設(shè)置試題的梯度.可引導(dǎo)學(xué)生把板塊模型視為自己喜愛(ài)的“魔方”，通過(guò)不斷反思總結(jié)，既可豐富模型意識(shí)，也可提升建模能力.例如：下面兩幅圖在習(xí)題中經(jīng)常出現(xiàn)，都是物體之間相互作用的過(guò)程，在地面（雙桿）光滑的條件下系統(tǒng)的動(dòng)量守恒.仔細(xì)對(duì)比分析，可以歸納出圖2的四個(gè)過(guò)程都是碰撞模型：相互作用后A的速度總是小于或等于B的速 度.圖3的三個(gè)過(guò)程屬于子彈打（穿）木塊的模型：相互作用后子彈A的速度大于或等于木塊B的速度.通過(guò)這樣的分析對(duì)比歸納，可以發(fā)現(xiàn)多種相互作用過(guò)程具有模型的共性，又可區(qū)分易困擾的相似模型.

總之，物理模型是物理教學(xué)的根本，高中物理習(xí)題教學(xué)應(yīng)注重模型思維的運(yùn)用，不斷豐富、完善學(xué)生的模型意識(shí)，使習(xí)題教學(xué)回歸物理本真，讓學(xué)生從題海中跳出來(lái).

【本文是廣東省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題《山區(qū)高中物理模型的構(gòu)建與實(shí)踐研究》（課題批準(zhǔn)號(hào)：2013YQJK100）研究成果之一】