黃曉燕

【內(nèi)容摘要】大部分學(xué)生上高中后物理成績(jī)一落千丈，究其原因主要是高中物理的解題思維能力要求遠(yuǎn)高于初中的解題思維能力要求，而學(xué)生仍然習(xí)慣用初中的死記硬背套公式的機(jī)械學(xué)習(xí)法，顯然是吃不消的。如何有效培養(yǎng)高中生的物理解題思維能力？大量的一線名師實(shí)踐證明：高中物理解題離不開物理模型思維能力，因此要提高解題能力應(yīng)從建模、識(shí)模、用模的能力培養(yǎng)入手。

【關(guān)鍵詞】物理模型 物理解題 模型解題 有效策略

大部分學(xué)生上高中后物理成績(jī)一落千丈，究其原因主要是高中物理的解題思維能力要求遠(yuǎn)高于初中的解題思維能力要求。高中物理所研究的問(wèn)題由初中的定性到定量，由表面現(xiàn)象、簡(jiǎn)單獨(dú)立的上升到本質(zhì)、系統(tǒng)的問(wèn)題，這就要求具有抽象概況思維、發(fā)散創(chuàng)新思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰Φ?，而學(xué)生仍然習(xí)慣用初中的死記硬背套公式的機(jī)械學(xué)習(xí)法，顯然是吃不消的。如何有效培養(yǎng)高中生的物理解題思維能力？大量的一線名師實(shí)踐證明：高中物理解題離不開物理模型思維能力，因此要提高解題能力應(yīng)從建模、識(shí)模、用模的能力培養(yǎng)入手。下文重點(diǎn)介紹筆者在平時(shí)教學(xué)中如何落實(shí)物理模型解題思維能力培養(yǎng)的一些有效策略。

一、重視受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，抓住物理模型建立的本質(zhì)

學(xué)生在解物理題時(shí)往往有似曾相識(shí)但又無(wú)從下手的感覺(jué)，主要原因是被表面的物理情景迷惑，識(shí)別不出其中的物理模型。

例如，豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的輕繩模型與輕桿模型，學(xué)生往往只看到兩者相同點(diǎn)是豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，區(qū)別是一繩一桿，說(shuō)明學(xué)生沒(méi)有抓住這兩個(gè)模型的本質(zhì)，只看到表面的情景現(xiàn)象。只有引導(dǎo)學(xué)生對(duì)兩種模型在最高點(diǎn)時(shí)的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析才能抓模型建立的本質(zhì)：過(guò)最高點(diǎn)時(shí)無(wú)向上的支撐力，但可以有向下的拉力者即為“繩模型”；過(guò)最高點(diǎn)時(shí)既可以有向上的支撐力，也可以有向下的拉力者即為“桿模型”。若取向下方向?yàn)檎较?，根?jù)牛頓第二定律： mg+FN=mv2r可知，兩者在最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題也就不同。明確了兩者的受力與運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)區(qū)別后，對(duì)于 “類繩模型”（如豎直圓軌道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)）、“類桿模型”（如豎直圓管道里運(yùn)動(dòng)）也就迎刃而解了。

可見，平時(shí)教學(xué)只有重視受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，學(xué)生才能抓住物理模型建立的本質(zhì)，做到觸類旁通。

二、通過(guò)“一模多變”編題法，強(qiáng)化學(xué)生建模、識(shí)模、用模的思維能力訓(xùn)練

“一模多變”編題是指同一個(gè)基本模型，通過(guò)改變其研究對(duì)象、物理情境、條件等，編成不同的物理題目，是個(gè)由簡(jiǎn)到繁的過(guò)程。

例1.有一條干涸的水渠，其底部是半徑很大（約幾十米）的圓弧，兩位同學(xué)在水渠底部溜旱冰，他們帶有旱冰鞋、秒表、長(zhǎng)約1米的光滑木板，在溜冰間隙他們想用現(xiàn)有器材估測(cè)該水渠底部的圓弧半徑，請(qǐng)你幫助他們?cè)O(shè)計(jì)測(cè)量的方案來(lái)？

【編題過(guò)程】“單擺模型+物理情境+條件”編寫而成。將單擺模型中的小球、擺線，換成了溜冰同學(xué)和大圓弧水渠，將不計(jì)空氣阻力的理想模型條件隱藏在“溜冰鞋”和“估測(cè)”上，讓學(xué)生根據(jù)研究問(wèn)題的需要學(xué)會(huì)忽略次要因素，抓住主要因素。但無(wú)論怎樣改變，研究對(duì)象的受力情況與單擺基本模型受力情況相同，抓住了這個(gè)核心，只要換披不同的“外衣”就可以編出各種各樣的題目。

例2.如圖所示，有一個(gè)光滑的圓弧形凹槽其半徑為R，在其正上方圓心O處有一小球A，從靜止開始釋放，與此同時(shí)在凹槽左側(cè)的最高點(diǎn)M有另一小球B也是從靜止開始運(yùn)動(dòng)，關(guān)于兩個(gè)小球到達(dá)凹槽中點(diǎn)Q的情況，以下說(shuō)法正確的是（ ）

A.小球A先到達(dá)Q點(diǎn)

B.小球B先到達(dá)Q點(diǎn)

C.兩個(gè)小球同時(shí)到達(dá)Q點(diǎn)

D.無(wú)法確定

【編題過(guò)程】“單擺模型+勻變速直線模型+物理情境+條件”編寫而成。將單擺模型的懸點(diǎn)、細(xì)線改為光滑的圓弧形凹槽，使單擺模型具有隱蔽性，再疊加一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)模型，并給出“圓弧的半徑R”、“同時(shí)”等條件，便可編出一道新的模型。

可見，編題是一個(gè)由簡(jiǎn)到繁的“模型+物理情境+條件”的過(guò)程，而解題則是一個(gè)由繁到簡(jiǎn)的處理過(guò)程。通過(guò)“一模多變”編題，可以有效引導(dǎo)學(xué)生揣摩出題者的編題意圖，減少解題不沾邊的現(xiàn)象，學(xué)生更容易學(xué)會(huì)剝掉迷惑的“外衣”找到隱藏題后的基本模型，所以“一模多變”可以從根本上強(qiáng)化學(xué)生的建模、識(shí)模、用模的意識(shí)。因此，在平時(shí)教學(xué)中教師應(yīng)多注意典題積累，多進(jìn)行“一模多變”的編題分析，這是高考復(fù)習(xí)中有效強(qiáng)化模型解題思維能力的良策。

三、通過(guò)“分割重組和匹配”[1]，有效突破審題識(shí)模難關(guān)

模型解題是一個(gè)由復(fù)雜到簡(jiǎn)單的過(guò)程，主要分為四個(gè)步驟：從復(fù)雜的題目情境中找出隱含的基本物理模型→在腦海里重現(xiàn)對(duì)應(yīng)基本模型的規(guī)律→緊扣題目的情境條件→確定解題的算法。第一不即識(shí)模，后三步即為用模解題過(guò)程，其中最難最關(guān)鍵的一步就是識(shí)模，即常說(shuō)的審題，那么如何有效地進(jìn)行審題識(shí)模訓(xùn)練？袁守華教授提出：“分割、重組和匹配三種思維操作活動(dòng)，是綜合題現(xiàn)象分析過(guò)程中最基本的思維操作方法要素，由他們結(jié)合而成的分割、重組和匹配的方法是現(xiàn)象分析的通用方法”。根據(jù)這一理論，筆者經(jīng)實(shí)踐證明：通過(guò)“分割重組和匹配”的分析方法可以有效訓(xùn)練學(xué)生的識(shí)模、用模能力 。

例3.如圖所示、四分之一圓軌道OA與水平軌道AB相切，它們與另一水平軌道CD在同一豎直面內(nèi)，圓軌道OA的半徑R=0.45m，水平軌道AB長(zhǎng)S1=3m，OA與AB均光滑。一滑塊從O點(diǎn)由靜止釋放，當(dāng)滑塊經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)，靜止在CD上的小車在F=1.6N的水平恒力作用下啟動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后撤去F。當(dāng)小車在CD上運(yùn)動(dòng)了S2=3.28m時(shí)速度v=2.4m/s，此時(shí)滑塊恰好落入小車中。已知小車質(zhì)量M=0.2kg，與CD間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4。（取g=10m/s2）

求：（1）恒力F的作用時(shí)間t；（2）AB與CD的高度差h。

這道題是典型的多過(guò)程有多研究對(duì)象的題目，以滑塊、小車、軌道為物理情境，如果不會(huì)恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分割匹配，就找不到任何可用的模型規(guī)律解題。多過(guò)程題往往各個(gè)過(guò)程的銜接較明顯，可根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡或運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行嘗試分割，嘗試分割的每一個(gè)過(guò)程與腦海里存貯的模型規(guī)律相匹配，若吻合則說(shuō)明分割正確，不吻合則需要重新分割。分割不僅要對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分割分析，也可以將系統(tǒng)內(nèi)的某一個(gè)研究對(duì)象進(jìn)行分割隔離研究。

【識(shí)模過(guò)程】分析滑塊的運(yùn)動(dòng)模型：從運(yùn)動(dòng)先后看，其運(yùn)動(dòng)可分割成OA、AB、BD三個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。若按軌跡特點(diǎn)分割，則需匹配模型來(lái)確定：O到B的軌道光滑，由受力分析可知滑塊從O到A是豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)模型的規(guī)律有機(jī)械能守恒定律、動(dòng)能定理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等；從A到B過(guò)程，由受力分析可知其運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)模型吻合；同理，B到D的過(guò)程是平拋運(yùn)動(dòng)模型。接下來(lái)分析小車的運(yùn)動(dòng)模型：小車在水平恒力作用下啟動(dòng)，由受力分析及牛頓第二定律可知，小車的運(yùn)動(dòng)與勻加速直線運(yùn)動(dòng)模型吻合，撤力后在摩擦力作用下作勻減速直線運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)模型對(duì)應(yīng)的規(guī)律有：勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理等。再根據(jù)情境條件：“滑塊經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)小車同時(shí)啟動(dòng)，兩者相遇所經(jīng)歷的時(shí)間相同；當(dāng)運(yùn)動(dòng)的位移S2=3.28m，v=2.4m/s時(shí)滑塊恰好落入小車中”，進(jìn)一步確定使用對(duì)應(yīng)模型中的哪些規(guī)律進(jìn)行解題。

可見，“分割重組和匹配”的分析方法可以將多過(guò)程多對(duì)象的復(fù)雜題目分割成多個(gè)簡(jiǎn)單的基本模型進(jìn)行解題，是突破審題識(shí)模難關(guān)的有效方法，此法對(duì)綜合計(jì)算題尤為中用 。

“巧婦難為無(wú)米之炊”，不論是建模、識(shí)模，還是用模規(guī)律解題，如果不熟悉模型的建立過(guò)程、不熟記各模型的特點(diǎn)規(guī)律，談模型解題思維的培養(yǎng)都是空話。如何讓學(xué)生掌握模型的建立過(guò)程、熟記各模型的特點(diǎn)規(guī)律？那就必須重視實(shí)驗(yàn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

四、重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，點(diǎn)燃建模的思維火花

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，一切方法規(guī)律的得來(lái)都建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上。要讓學(xué)生牢記各種模型的概念、公式、規(guī)律，無(wú)疑實(shí)驗(yàn)是第一法寶。例如：要建立勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型，并熟悉該模型的規(guī)律，那么難點(diǎn)在于對(duì)加速度概念的理解，要突破這個(gè)難點(diǎn)就必須讓學(xué)生做“練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”和“利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)處理紙帶數(shù)據(jù)來(lái)真正理解a=△V/t 這個(gè)概念，從而進(jìn)一步理解熟記該運(yùn)動(dòng)模型的特點(diǎn)規(guī)律，而不是死記硬背公式。因此，教師必須重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)燃學(xué)生建模的思維火花。

五、重視知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，為模型解題思維安裝“應(yīng)用程序”

有些學(xué)生解物理題時(shí)能快速找到解題思路，表達(dá)簡(jiǎn)潔清晰，那是因?yàn)樵谄鋵忣}過(guò)程中從腦海中同步調(diào)出對(duì)應(yīng)的物理模型規(guī)律作為思維導(dǎo)向，使其快速識(shí)模、用模解題。要做到迅速調(diào)出對(duì)應(yīng)的模型規(guī)律，就必須事先在腦海里構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于給電腦事先安裝應(yīng)用程序，使用時(shí)才能按指令調(diào)出對(duì)應(yīng)的程序。知識(shí)結(jié)構(gòu)是指一個(gè)人經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)后，在腦海里建立起來(lái)的最合理、最優(yōu)化知識(shí)體系，是個(gè)人知識(shí)升華濃縮的結(jié)果。合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)可將所學(xué)的零散知識(shí)結(jié)構(gòu)化、模型化、系統(tǒng)化，是解題思維的“應(yīng)用程序”隨時(shí)待令調(diào)出。如何引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建自己合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)？可通過(guò)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的呈現(xiàn)加以引導(dǎo)。

1.教師要起到引導(dǎo)與示范作用

不論是新課還是復(fù)習(xí)課，教師要以知識(shí)結(jié)構(gòu)圖形式呈現(xiàn)各章節(jié)及各知識(shí)模塊，幫助學(xué)生理清邏輯關(guān)系，抓住重難點(diǎn)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生做筆記時(shí)，可根據(jù)自己的理解進(jìn)行不同的意義構(gòu)建。

2.通過(guò)自主合作學(xué)習(xí)，不斷完善個(gè)人的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

每學(xué)完一章的內(nèi)容，先要求每一位學(xué)生自主建立自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，然后再集思廣益以小組為單位，整理出代表本組的作品，并把作品掛在教室供大家鑒賞，在復(fù)習(xí)課上選出最優(yōu)秀的一組上講臺(tái)解說(shuō)，總結(jié)不到的或做得不足的地方，由全體同學(xué)或老師做必要的補(bǔ)充或糾正。在交流過(guò)程中要求學(xué)生根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)不斷完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。

3.用簡(jiǎn)要的字詞、符號(hào)做知識(shí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖

知識(shí)結(jié)構(gòu)圖是個(gè)人建立知識(shí)體系的思維導(dǎo)圖，為了強(qiáng)化學(xué)生的聯(lián)想、記憶等思維能力，要求做知識(shí)結(jié)構(gòu)圖時(shí)，盡可能采用簡(jiǎn)潔的字詞和符號(hào)表示，盡可能不搬入具體內(nèi)容，使結(jié)構(gòu)圖成為學(xué)生強(qiáng)化記憶的思維導(dǎo)圖。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 袁守華. 物理解題思維的理論和方法[M]. 北京：北京師范大學(xué)出版社， 2011.

[2]北京中育慧之光教育科技有限公司.模型解題法高中物理[M].北京：北京大學(xué)音像出版社，2011.

（作者單位：南寧市文華學(xué)校）