淺談高中物理學(xué)習(xí)中的模型思維

摘 要：探討物理模型在解題中的應(yīng)用，物理模型培養(yǎng)學(xué)生思維能力的途徑，旨在達到利用物理模型培養(yǎng)學(xué)生思維能力的教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：高中物理 模型解題 能力培養(yǎng)

錢學(xué)森指出：“模型就是通過對問題現(xiàn)象的分解，利用我們考究得來的機理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所創(chuàng)造出來的一幅圖畫……”在高中物理學(xué)習(xí)中，如果模型思維運用得當(dāng)，解題就會像是看一幅圖畫一樣，簡潔而形象。

下面先以牛頓第二定律學(xué)習(xí)中的“瘤體模型”為例，簡單談?wù)勎锢砟Ｐ驮诮忸}時的作用。

1.根據(jù)物理情景和物理過程，建立簡單、明確的物理模型

例1.如圖，A、B兩物塊的質(zhì)量分別為2m和m，靜止疊放在水平地面上。A、B間的動摩擦因數(shù)為μ，B與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5μ。最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g?，F(xiàn)對A施加一水平拉力F，則

A.當(dāng)F<2μmg時，A、B都相對地面靜止

B.當(dāng)F=2.5μmg時，A的加速度為μg/3

C.當(dāng)F>3μmg時，A相對B滑動

D.無論F為何值，B的加速度不會超過0.5μg

這道題在沒建立“瘤體模型”的學(xué)生眼中，可能很難，而在掌握“瘤體模型”的學(xué)生看來，是一道送分題。所謂“瘤體模型”，是指當(dāng)分析對象有多個，且它們的運動狀況一致，如上題中，當(dāng)A、B運動狀況一致時，A就相當(dāng)于B身上長出的一顆腫瘤，如影隨形，故稱之為“瘤體模型”。其解題套路是兩句口訣：“知內(nèi)求外，先整（求a）后隔；知外（求a）求內(nèi)，先隔后整?！庇捎谕饬未知，須從內(nèi)部入手，即應(yīng)先隔離受力清晰的物體B分析，求出AB剛好相對滑動時，B的加速度a，再用整體法就可以分析出AB相對滑動時F的大小，剩余的問題也迎刃而解了。

物理模型是依據(jù)一定的物理規(guī)律為學(xué)生提供解決問題的辦法。學(xué)生掌握好物理模型，在見到問題時馬上就有了清晰的思路，在理綜考試中，效果顯而易見。

2.把模型提煉、簡化，變成解題套路

一個模型要成為一種套路，還須對模型簡化處理。如“瘤體模型”，其最簡化的套路為“a隔=a整”，即在判斷物體屬于瘤體后，隔離法求一次加速度，再整體法求一次加速度，聯(lián)立即可求解。

例2.如圖，在光滑水平面上有一靜止小車，小車質(zhì)量為M=5kg，小車上靜止地放置著質(zhì)量為m=1kg的木塊，木塊和小車間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，用水平恒力F拉動小車，關(guān)于木塊的加速度a1和小車的加速度a2，正確的有

A.a1=1m/s2，a2=1m/s2 B.a1=1m/s2，a2=2m/s2

C.a1=2m/s2，a2=4m/s2 D.a1=3m/s2，a2=5m/s2

本題“瘤體模型”成立的臨界條件是m和M之間的摩擦力為滑動摩擦力，由“a隔=a整”，可得μg=F/（m+M），解得兩物塊剛好相對滑動的F=12N，而m的最大加速度為a1=μg=2m/s2，所有選項也都順理成章就能解決了。

3.模型思維能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練

如上可知模型思維在高中物理解題中的簡易性。但高中生解決問題存在的困難往往就在于不能隨著物理情景的變化而建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ停M而尋找適合的物理規(guī)律。因此在高中物理教學(xué)中一定要重視物理模型思維的培養(yǎng)。結(jié)合教學(xué)實際，我談?wù)勁囵B(yǎng)模型思維的看法。

（1）增強物理教學(xué)過程中學(xué)生的建模意識，發(fā)展物理模型思維。

物理學(xué)中的每一個知識點都是通過適當(dāng)建模而獲得的，故而知識點的教學(xué)實際上是物理模型的教學(xué)。在教學(xué)過程中要注重建立物理模型的方法，以及模型與模型之間的比較、分析、概括等。例如，在講解電場時，物理模型有：點電荷、電勢、電場強度、電場線、電勢能、電場力做功等，分析電場力做功時，可將研究對象跟學(xué)生非常熟悉的重力場下的重力做功模型相類。

（2）指導(dǎo)學(xué)生運用物理模型分析和解答實際問題，在解決問題中培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的物理模型思維。

解答物理習(xí)題是學(xué)生鞏固、深化、活化物理知識的有效途徑之一。物理習(xí)題的設(shè)置千變?nèi)f化，但這些習(xí)題一般都是命題者根據(jù)某個物理模型，創(chuàng)造出必要的物理情境，進而提出需要求解的問題。因此對于學(xué)生來講，整個解題過程就是在命題者設(shè)置的物理情境中，充分考慮已知條件，從原有認知結(jié)構(gòu)中提取、抽象、深化已有的物理模型來構(gòu)建新物理模型的過程。當(dāng)它與命題者設(shè)計、構(gòu)建的物理模型一致時，問題即可迎刃

而解。

4.結(jié)語

法國科學(xué)方法論學(xué)者阿雷指出：“科學(xué)的基本活動就是探索和制定模型?！敝袑W(xué)生在學(xué)習(xí)活動中，解決每一個物理問題的過程，實際上也是正確選用物理模型，使用模型方法的過程。正確識別、建立物理模型，熟練使用模型方法正是中學(xué)生應(yīng)該具備的基本物理素質(zhì)，也是高考選拔具有學(xué)習(xí)潛能的學(xué)生的重要內(nèi)容。因此，為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)及創(chuàng)新能力，逐步掌握科學(xué)研究的基本方法，在平時的教學(xué)過程中，必須注意培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)造和應(yīng)用物理模型的能力。

參考文獻：

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作者簡介：周水明（1986.2—），男，民族：漢族，籍貫：廣西博白縣，最高學(xué)歷：大學(xué)本科 職稱：二級教師，研究方向：高中物理，單位：廣西北海市合浦廉州中學(xué)。