“三省吾身”

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

關鍵詞：三省吾身；力學問題；思維范式；教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）10（S）-0022-3

練功有章法，解題有范式。“力與運動”是物理學探索史中一個古老的話題。也是貫穿整個高中物理的重、難點，即使電學中的電場、磁場與電磁感應也是“力與運動”的另一種表現形式。因而，對力與運動的考查也自然成為了高考考查的核心，在復習迎考中對于力學問題的解決能力的培養就顯得相當重要。然而，不少學生面對這類問題的處理時，往往思路不清，不知從何下手，待到老師評講后，總會聽到有學生說“原來不難嘛，我怎么就想不到、想不清呢？”課后，筆者反思：學生想不到、想不清的癥結在哪兒？——缺乏解決力學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的思維規范、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行思維規范，逐步讓學生從對方法的隱性滲透過渡到顯性再現，總結得出一套思維范式，而后象練功一樣，通過對范式的適量練習，熟練掌握，內化為學生的自覺行動，最終就能實現靈活運用，融會貫通。

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力學問題解決的思維范式

力學問題解決的核心思路之一是力與運動的關系，力是使物體運動狀態改變的原因，這是動力學的基本觀點：另一條核心思路是：能量觀。因為能量轉化與守恒關系是自然界中客觀存在著的一種十分重要的關系。因而，對力與運動關系及能量觀等掌握情況自然就成為高考考查的重點和熱點。要想快速、準確地解決力學類問題，筆者要求學生分析此類問題時切實做到“三省吾身”，一省運動（現象）：物體做什么運動？分幾個過程？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）：這一運動過程中有哪些能量發生了相互轉化？能量源頭是什么？轉化成了哪些形式的能？

2 從示范滲透到顯現范式

學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，高中學生也不例外。這就要求教師在幫助學生分析和解決力學問題時應落實八字方針：示范滲透、顯現范式。即作為學生的引路人，首先就得要求自己、鍛煉自己分析力學問題時有規范清晰的解題思路，解題示范時可通過思維導圖的方式進行直觀展示，力爭形成簡約的思維范式。下面，以2010年江蘇高考第14題為例來進行分析與建構。

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

（1）求選手擺到最低點時對繩拉力的大小F：

（2）若繩長l=2m，選手擺到最高點時松手落入水中。設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）若選手擺到最低點時松手，小明認為繩越長，在浮臺上的落點距岸邊越遠；小陽認為繩越短，落點距岸邊越遠，請通過推算說明你的觀點。

思維導圖引思教師在教學過程中，不僅需要教給學生的學習內容結構，更應教給相應的學習方法結構。在解決上述問題的分析時，筆者試圖通過思維導圖（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，并幫助學生進行思維規范，讓思維范式加以顯化。

以上的思維導圖直觀地給學生展示了解決力學問題的三大方面：運動、力、能量。從而引導學生在自我解決力學問題時切實做到“三省吾身”：我對運動過程分析清楚了嗎？我對物體受力分析全面了嗎？在這一運動中，有哪些形式的能量？是怎么轉化的？這樣，每當遇到一個典型的問題，我們不去貪多求快，而是從現象到本質，從感性到理性，不斷追求思考的深度，最終實現問題的切實解決。因此，也能有效地幫助學生在高三的復習迎考中跳出“題海”。

3 教學策略反思

楊振寧教授指出：“現象是物理學根源”，力學問題的現象主要表現為各種各樣的運動形式，那些復雜的運動現象如何從本質上去理解呢？對于能量，是一個十分抽象的概念，如何讓這一概念深入學生的內心？我們在復習時采取的策略是從物理現象中抽象出運動的模型，在運動過程的分析中實施“程序化”，從心理上“滲透”與“強化”能量觀。

3.1 分析運動，落實“模型化”與“程序化”思想

3.1.1 模型化

著名科學家錢學森說：“什么叫模型？模型就是通過對問題現象的分解，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，所創造出來的一副圖畫……”。模型的本質就是實際問題理想化。在具體問題的分析中，要讓學生充分認識到建立物理模型是物理學研究中普遍采用的方法，也是應用物理知識解決實際問題首先需要采用的方法。尤其是現在的高考題中，純“模型題”數量減少，以實際情境為背景的題目數量增多。解題時，不會建立物理模型，可以說寸步難行。教學中，筆者將模型進行專題教學，闡述運動應重在過程的分析，當屬于過程模型。常見過程模型如圖3所示。

在實際問題的解決中，需要將具體的運動和圖3的理想運動模型進行對接，再聯系理想運動模型的規律來進行分析，最終實現順利解決，如飛機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動。

3.1.2 程序化

有人說“抓住了過程分析就抓住了高考”。筆者認為：沒錯！

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，是屬于運動“過程型”綜合題，其分析的關鍵就是抓住物理情景中運動狀態與運動過程，利用“庖丁解牛”的思想，首先將物理過程拆成幾個簡單的子過程，一步一步地。逐步分析出物體的運動狀態與受力之間的關系：然后順藤摸瓜地去尋找已知量與未知量的關系：最終根據它們所遵循的規律。一個程序一個程序地列出相關的式子進行求解。這樣的處理，有利于幫助學生加深對問題的理解，會使問題的解決變得更加清晰。

3.2 構建能量觀，重在“滲透”與“強化”

諾貝爾獎獲得者費恩曼說：“有一個事實，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象……這條定律稱作能量守恒定律。它指出，某一個量，我們把它稱為能量，在自然界經歷的多種多樣的變化中它不變化。那是一個最抽象的概念……”。對于這一精辟的論述，從教學的角度看：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，能量觀進入學生的靈魂深處是需要一個抽象化的過程。在教學中，筆者從學生的認知角度出發滲透能量觀。經常在課上不止一次地問過學生這樣的問題：不吃食物，大家想象會有什么后果？吃過飯后感覺如何？大家運動的能量最終來源于什么？又不斷轉化成哪些形式的能？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，慢慢地向學生滲透能量觀，讓能量觀成為學生思考問題的一種直覺和習慣；另一方面，牽涉到能的問題，特別是從力與運動角度分析問題遇到較大困難時，筆者不時提醒自己和學生：想想能量吧！通過心理上的“強化”，往往能達到“柳暗花明”之效。

參考文獻：

[1]張瑜，程序法解物理綜合題[J]，高中數理化，2009，（8）：42

（欄目編輯 劉榮）