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(dá)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(duì)問題現(xiàn)象的分解，利用我們考究得來的機(jī)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(yùn)用得當(dāng)，解題就會(huì)像是看一幅圖畫一樣，簡(jiǎn)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(jiǎn)單談?wù)勎锢砟Ｐ驮诮忸}時(shí)的作用。

1.根據(jù)物理情景和物理過程，建立簡(jiǎn)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(dòng)摩擦因數(shù)為μ，B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5μ。最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g。現(xiàn)對(duì)A施加一水平拉力F，則

A.當(dāng)F<2μmg時(shí)，A、B都相對(duì)地面靜止

B.當(dāng)F=2.5μmg時(shí)，A的加速度為μg/3

C.當(dāng)F>3μmg時(shí)，A相對(duì)B滑動(dòng)

D.無論F為何值，B的加速度不會(huì)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(duì)象有多個(gè)，且它們的運(yùn)動(dòng)狀況一致，如上題中，當(dāng)A、B運(yùn)動(dòng)狀況一致時(shí)，A就相當(dāng)于B身上長(zhǎng)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。”由于外力F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(duì)滑動(dòng)時(shí)，B的加速度a，再用整體法就可以分析出AB相對(duì)滑動(dòng)時(shí)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(shí)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(jiǎn)化，變成解題套路

一個(gè)模型要成為一種套路，還須對(duì)模型簡(jiǎn)化處理。如“瘤體模型”，其最簡(jiǎn)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(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，用水平恒力F拉動(dòng)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(dòng)摩擦力，由“a隔=a整”，可得μg=F/（m+M），解得兩物塊剛好相對(duì)滑動(dòng)的F=12N，而m的最大加速度為a1=μg=2m/s2，所有選項(xiàng)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(jiǎn)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(jìn)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(shí)際，我談?wù)勁囵B(yǎng)模型思維的看法。

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

物理學(xué)中的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都是通過適當(dāng)建模而獲得的，故而知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)實(shí)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(chǎng)時(shí)，物理模型有：點(diǎn)電荷、電勢(shì)、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線、電勢(shì)能、電場(chǎng)力做功等，分析電場(chǎng)力做功時(shí)，可將研究對(duì)象跟學(xué)生非常熟悉的重力場(chǎng)下的重力做功模型相類。

（2）指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理模型分析和解答實(shí)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(shí)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(gè)物理模型，創(chuàng)造出必要的物理情境，進(jìn)而提出需要求解的問題。因此對(duì)于學(xué)生來講，整個(gè)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(rèn)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(jì)、構(gòu)建的物理模型一致時(shí)，問題即可迎刃

而解。

4.結(jié)語

法國(guó)科學(xué)方法論學(xué)者阿雷指出：“科學(xué)的基本活動(dòng)就是探索和制定模型。”中學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，解決每一個(gè)物理問題的過程，實(shí)際上也是正確選用物理模型，使用模型方法的過程。正確識(shí)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(shí)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。

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作者簡(jiǎn)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(jí)教師，研究方向：高中物理，單位：廣西北海市合浦廉州中學(xué)。