摘要：簡約的思維范式能有效幫助學(xué)生快速、準(zhǔn)確地解決物理問題。本文從操作層面上通過“三省吾身”，為解決力學(xué)問題進(jìn)行了思維范式的探討和教學(xué)策略的反思。

關(guān)鍵詞：三省吾身；力學(xué)問題；思維范式；教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2013）10（S）-0022-3

練功有章法，解題有范式。“力與運(yùn)動(dòng)”是物理學(xué)探索史中一個(gè)古老的話題。也是貫穿整個(gè)高中物理的重、難點(diǎn)，即使電學(xué)中的電場、磁場與電磁感應(yīng)也是“力與運(yùn)動(dòng)”的另一種表現(xiàn)形式。因而，對力與運(yùn)動(dòng)的考查也自然成為了高考考查的核心，在復(fù)習(xí)迎考中對于力學(xué)問題的解決能力的培養(yǎng)就顯得相當(dāng)重要。然而，不少學(xué)生面對這類問題的處理時(shí)，往往思路不清，不知從何下手，待到老師評(píng)講后，總會(huì)聽到有學(xué)生說“原來不難嘛，我怎么就想不到、想不清呢？”課后，筆者反思：學(xué)生想不到、想不清的癥結(jié)在哪兒？——缺乏解決力學(xué)問題的簡約思維范式和宏觀上解決方法的指引！這里所指的“思維范式”，簡單的說就是具有范例特點(diǎn)的思維規(guī)范、模型或模式窗體底端。在解決問題的過程中，通過對問題的解決進(jìn)行思維規(guī)范，逐步讓學(xué)生從對方法的隱性滲透過渡到顯性再現(xiàn)，總結(jié)得出一套思維范式，而后象練功一樣，通過對范式的適量練習(xí)，熟練掌握，內(nèi)化為學(xué)生的自覺行動(dòng)，最終就能實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用，融會(huì)貫通。

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力學(xué)問題解決的思維范式

力學(xué)問題解決的核心思路之一是力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，這是動(dòng)力學(xué)的基本觀點(diǎn)：另一條核心思路是：能量觀。因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化與守恒關(guān)系是自然界中客觀存在著的一種十分重要的關(guān)系。因而，對力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系及能量觀等掌握情況自然就成為高考考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。要想快速、準(zhǔn)確地解決力學(xué)類問題，筆者要求學(xué)生分析此類問題時(shí)切實(shí)做到“三省吾身”，一省運(yùn)動(dòng)（現(xiàn)象）：物體做什么運(yùn)動(dòng)？分幾個(gè)過程？二省力（原因）：物體受到了哪些力的作用？其合力是恒力還是變力？三省能量（變化中不變的東西）：這一運(yùn)動(dòng)過程中有哪些能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化？能量源頭是什么？轉(zhuǎn)化成了哪些形式的能？

2 從示范滲透到顯現(xiàn)范式

學(xué)生分析問題和解決問題的能力總是從模仿開始，其模仿的對象主要是老師，高中學(xué)生也不例外。這就要求教師在幫助學(xué)生分析和解決力學(xué)問題時(shí)應(yīng)落實(shí)八字方針：示范滲透、顯現(xiàn)范式。即作為學(xué)生的引路人，首先就得要求自己、鍛煉自己分析力學(xué)問題時(shí)有規(guī)范清晰的解題思路，解題示范時(shí)可通過思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行直觀展示，力爭形成簡約的思維范式。下面，以2010年江蘇高考第14題為例來進(jìn)行分析與建構(gòu)。

題目在游樂節(jié)目中，選手需要借助懸掛在高處的繩飛越到水面的浮臺(tái)上，小明和小陽觀看后對此進(jìn)行了討論。如圖1所示，他們將選手簡化為質(zhì)量m=60kg的質(zhì)點(diǎn)，選手抓住繩由靜止開始擺動(dòng)，此時(shí)繩與豎直方向夾角α=53°，繩的懸掛點(diǎn)D距水面的高度為H=3m。不考慮空氣阻力和繩的質(zhì)量，浮臺(tái)露出水面的高度不計(jì)，水足夠深。取重力加速度g=10m/s²，sin53°=0.8，cos53°=0.6。

（1）求選手?jǐn)[到最低點(diǎn)時(shí)對繩拉力的大小F：

（2）若繩長l=2m，選手?jǐn)[到最高點(diǎn)時(shí)松手落入水中。設(shè)水對選手的平均浮力f1=800N，平均阻力f2=700N，求選手落入水中的深度d；

（3）若選手?jǐn)[到最低點(diǎn)時(shí)松手，小明認(rèn)為繩越長，在浮臺(tái)上的落點(diǎn)距岸邊越遠(yuǎn)；小陽認(rèn)為繩越短，落點(diǎn)距岸邊越遠(yuǎn)，請通過推算說明你的觀點(diǎn)。

思維導(dǎo)圖引思教師在教學(xué)過程中，不僅需要教給學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，更應(yīng)教給相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法結(jié)構(gòu)。在解決上述問題的分析時(shí)，筆者試圖通過思維導(dǎo)圖（圖2）展示思維方法以便厘清問題，讓問題的理解變得更明晰，并幫助學(xué)生進(jìn)行思維規(guī)范，讓思維范式加以顯化。

以上的思維導(dǎo)圖直觀地給學(xué)生展示了解決力學(xué)問題的三大方面：運(yùn)動(dòng)、力、能量。從而引導(dǎo)學(xué)生在自我解決力學(xué)問題時(shí)切實(shí)做到“三省吾身”：我對運(yùn)動(dòng)過程分析清楚了嗎？我對物體受力分析全面了嗎？在這一運(yùn)動(dòng)中，有哪些形式的能量？是怎么轉(zhuǎn)化的？這樣，每當(dāng)遇到一個(gè)典型的問題，我們不去貪多求快，而是從現(xiàn)象到本質(zhì)，從感性到理性，不斷追求思考的深度，最終實(shí)現(xiàn)問題的切實(shí)解決。因此，也能有效地幫助學(xué)生在高三的復(fù)習(xí)迎考中跳出“題?！?。

3 教學(xué)策略反思

楊振寧教授指出：“現(xiàn)象是物理學(xué)根源”，力學(xué)問題的現(xiàn)象主要表現(xiàn)為各種各樣的運(yùn)動(dòng)形式，那些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象如何從本質(zhì)上去理解呢？對于能量，是一個(gè)十分抽象的概念，如何讓這一概念深入學(xué)生的內(nèi)心？我們在復(fù)習(xí)時(shí)采取的策略是從物理現(xiàn)象中抽象出運(yùn)動(dòng)的模型，在運(yùn)動(dòng)過程的分析中實(shí)施“程序化”，從心理上“滲透”與“強(qiáng)化”能量觀。

3.1 分析運(yùn)動(dòng)，落實(shí)“模型化”與“程序化”思想

3.1.1 模型化

著名科學(xué)家錢學(xué)森說：“什么叫模型？模型就是通過對問題現(xiàn)象的分解，利用我們考慮得來的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所創(chuàng)造出來的一副圖畫……”。模型的本質(zhì)就是實(shí)際問題理想化。在具體問題的分析中，要讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到建立物理模型是物理學(xué)研究中普遍采用的方法，也是應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題首先需要采用的方法。尤其是現(xiàn)在的高考題中，純“模型題”數(shù)量減少，以實(shí)際情境為背景的題目數(shù)量增多。解題時(shí)，不會(huì)建立物理模型，可以說寸步難行。教學(xué)中，筆者將模型進(jìn)行專題教學(xué)，闡述運(yùn)動(dòng)應(yīng)重在過程的分析，當(dāng)屬于過程模型。常見過程模型如圖3所示。

在實(shí)際問題的解決中，需要將具體的運(yùn)動(dòng)和圖3的理想運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行對接，再聯(lián)系理想運(yùn)動(dòng)模型的規(guī)律來進(jìn)行分析，最終實(shí)現(xiàn)順利解決，如飛機(jī)在跑道上的加速起飛過程就可抽象為初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

3.1.2 程序化

有人說“抓住了過程分析就抓住了高考”。筆者認(rèn)為：沒錯(cuò)！

如歷年的物理壓軸題均突出考查考生對物理過程分析的能力，是屬于運(yùn)動(dòng)“過程型”綜合題，其分析的關(guān)鍵就是抓住物理情景中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)過程，利用“庖丁解?！钡乃枷?，首先將物理過程拆成幾個(gè)簡單的子過程，一步一步地。逐步分析出物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與受力之間的關(guān)系：然后順藤摸瓜地去尋找已知量與未知量的關(guān)系：最終根據(jù)它們所遵循的規(guī)律。一個(gè)程序一個(gè)程序地列出相關(guān)的式子進(jìn)行求解。這樣的處理，有利于幫助學(xué)生加深對問題的理解，會(huì)使問題的解決變得更加清晰。

3.2 構(gòu)建能量觀，重在“滲透”與“強(qiáng)化”

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者費(fèi)恩曼說：“有一個(gè)事實(shí)，如果你愿意，也可以說是一條定律，支配著至今所知的一切自然現(xiàn)象……這條定律稱作能量守恒定律。它指出，某一個(gè)量，我們把它稱為能量，在自然界經(jīng)歷的多種多樣的變化中它不變化。那是一個(gè)最抽象的概念……”。對于這一精辟的論述，從教學(xué)的角度看：一方面揭示了能量守恒思想的重要性，另一方面揭示了能量是抽象的，能量觀進(jìn)入學(xué)生的靈魂深處是需要一個(gè)抽象化的過程。在教學(xué)中，筆者從學(xué)生的認(rèn)知角度出發(fā)滲透能量觀。經(jīng)常在課上不止一次地問過學(xué)生這樣的問題：不吃食物，大家想象會(huì)有什么后果？吃過飯后感覺如何？大家運(yùn)動(dòng)的能量最終來源于什么？又不斷轉(zhuǎn)化成哪些形式的能？要想讓汽車不停地奔跑、不停地排放尾氣、克服車輪與地面間產(chǎn)生的摩擦，得讓汽車喝什么呀？我們每天都在用電，如果是水力發(fā)電，電能的最終來源于什么？就這樣，一方面，通過尋找能量根源的辦法，慢慢地向?qū)W生滲透能量觀，讓能量觀成為學(xué)生思考問題的一種直覺和習(xí)慣；另一方面，牽涉到能的問題，特別是從力與運(yùn)動(dòng)角度分析問題遇到較大困難時(shí)，筆者不時(shí)提醒自己和學(xué)生：想想能量吧！通過心理上的“強(qiáng)化”，往往能達(dá)到“柳暗花明”之效。

參考文獻(xiàn)：

[1]張瑜，程序法解物理綜合題[J]，高中數(shù)理化，2009，（8）：42

（欄目編輯 劉榮）