“模型建構(gòu)法”對提升中學生物理解題能力的作用

◇ 甘肅 丁國棟

高中物理難學，體現(xiàn)為學生在學習中存在諸多問題，面對綜合性強的題目容易思維混亂，不能做到靈活變通.另外，大部分學生基礎薄弱，很多教師上課過程中為了夯實學生的基礎知識會將不易理解的知識和題目刪減，導致學生對物理問題認識不夠深刻.如此一來在高三的一輪復習中便會舉步維艱，學生學習時沒有條理，教師教學不得章法，物理教學陷入一種尷尬、被動的局面.高考不會因為一部分學生基礎差而降低難度.各學校在分析高考試題時，常將試題難度比例劃分為7∶2∶1.事實上，不去鍛煉嘗試一些難題、綜合題，不能從中總結(jié)解題方法和經(jīng)驗，高考中70%的簡單題目對基礎薄弱的學生來說也是難題.我們要想辦法，找到教學和學習的出路.

物理是一門“來源于生活而又應用于生活”的學科，物理學解決的就是生活實際問題，而生活實踐又在時時刻刻論證著物理學科知識.許多生活現(xiàn)象、熱點問題(諸如衛(wèi)星發(fā)射、水流星、汽車剎車制動等)都可以在物理中找到相對應的模型.所謂“模型建構(gòu)法”就是把研究對象(原型)一些次要的細節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，以簡化或者理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系的一種科學方法.在中學階段物理學習中，學習成績的評定是一個重要的環(huán)節(jié).很多題目設計的背景都來源于生活實際.在一些綜合性的題目中，更是涉及對生活現(xiàn)象多方面的考查.“模型建構(gòu)法”能夠幫助學生將復雜、抽象的物理過程簡化為若干學生容易理解的模型結(jié)構(gòu)，有助于學生找到各個模型之間的連接點或相同的物理量等，進而各個擊破，準確解題.

在具體教學中，學生面對綜合性強的問題束手無策，無法從繁雜的過程中找到有用信息.此時，教師就需要努力幫助學生建構(gòu)模型，將抽象、難以理解的知識簡化，把題目轉(zhuǎn)化成學生更容易接受的形式，使解題水到渠成.“模型建構(gòu)法”在牛頓運動定律、圓周運動、(類)平拋運動、電磁感應等專題知識中都有廣泛應用，下面筆者以動能定理為例，談一談教學中的幾點感悟.

1 動能定理分析應用

高中階段運用動能定理解題是教學中的難點，它融合了動力學、電磁學以及數(shù)學等方面的知識.在高考中，學生面對多過程、多物體的問題時，如果全局意識不強，對題目整體把握不好的話，稍有不慎就容易全盤出錯.在這一專題的教學中，筆者一開始就實行“模型建構(gòu)法”教學，即幫助學生把生活中常見的運動情況通過受力分析、力的分解等知識簡化為一張草圖.學生通過圖形對比，很容易掌握其中的規(guī)律，甚至可以達到熟練記憶、無圖自圓其說、準確解題的程度.

1.1 常見運動情況模型建構(gòu)

常見運動模型如圖1所示.

圖1

1.2 動能定理解題步驟

1)明確研究對象；

2)判斷物體運動模型圖；

3)分析物體運動情況，明確初、末兩個狀態(tài)；

4)應用動能定理解題.

1.3 對動能定理的幾點認識

1)對于直線運動，無論是物體在水平、豎直，還是斜面上的運動類型，都可以用力學、運動學的知識，也可以用動能定理解題；對于曲線運動、變力做功等問題，解題只能用動能定理.

2)如果題目中出現(xiàn)光滑(不計阻力)字眼，首先考慮能否應用機械能守恒定律求解瞬時速度或是高度等；如果題目中出現(xiàn)粗糙(摩擦、空氣阻力)字眼，則必須用動能定理解題.

3)機械能守恒定律如同勻速直線運動一般，屬于特例；機械能不守恒如同變速運動一般，才是生活中的普遍現(xiàn)象.因此在解題過程中，動能定理的應用才是縱觀全局的大方向.

4)動能定理表達式W 總＝Ek2－Ek1中左邊為功，右邊為能.動能是一個狀態(tài)量，對應某個點，只要我們知道某一點的瞬時速度，很容易確定動能.動能定理應用真正的重難點還在于功，即各個力對物體所做的總功.因此學生能否對一個物體進行正確的受力分析尤為重要.

5)極限分割法.一段曲線三等分或六等分后每一小段還是曲線，而無限分割下去，每一小段趨于直線，此刻物體所受支持力或是拉力方向與直線成垂直關(guān)系，則支持力(拉力)對物體不做功.

2 典例剖析

圖2

(1)小車在CD 軌道上運動的最短路程；

(2)賽車電動機工作的時間.

圖3

分析(1)本題先構(gòu)建“圓周運動”模型，先找最高點向心力方向：豎直向下.后進行受力分析：重力mg 與支持力FN，再列式計算：Fn＝mg＋FN(分析題目可知對應P 點處取最小速度，則為臨界狀態(tài)，求得P 點最小速度).

本題為曲線(光滑下降)＋剎車模型的綜合.遵照動能定理解題步驟，列方程有W 總＝Ek2－Ek1，即代入數(shù)據(jù)得出答案.

(2)整體運動過程為粗糙＋曲線(光滑上下)＋剎車模型的綜合.按照動能定理解題步驟，列方程有

想要正確求解本題，需要學生準確判斷各段受力情況和做功情況，并知道圓周運動中，賽車向上、向下過程中重力分別做正功、負功，總功為0.

高考對于動能定理的考查，層次要求高，甚至會融合電磁場、傳送帶等專題內(nèi)容.事實上，各個模塊的專題知識都可以建構(gòu)各自的模型，最終將一道綜合題分解為多個模型，學生找到模型之間的銜接點，各個擊破，即可準確解題.學生雖然基礎薄弱，但擁有一定的知識積累，所以教師在教學中要引導學生從繁雜走向簡單，從簡單中認清題目的本質(zhì)，進而拓展延伸，理解生活現(xiàn)象所蘊含的道理.“模型建構(gòu)法”不可能將每一個專題涉及的模型一一列舉，在引導學生熟練掌握幾種典型模型后，就需要知識升華進一步理解公式或者規(guī)律的本質(zhì)，進而在變化多樣的題目中靈活應用，使學生能夠用自己掌握的方法進行分析處理，最終體會到“多元合一”的本真思想.