淺析高中物理模型變式教學的意義

劉立國

【摘要】高中物理課程標準中對物理學科核心素養(yǎng)提出了具體要求，要求學生在物理學科學習中對個人發(fā)展和社會需要具備必要品格和能力。并以此概括出物理核心素養(yǎng)。該素養(yǎng)圍繞加強物理觀念，開展科學探究，發(fā)展科學思維，培養(yǎng)科學態(tài)度和素質(zhì)這四個方面展開。為切實落實物理核心素養(yǎng)，教師在日常教學中，不能墨守常規(guī)，要大膽創(chuàng)新。而進行變式教學具有實際意義。

【關鍵詞】高中物理? ?模型變式教學? ?意義

變式教學是指在主干知識不變的情況下，改變實際物理情境，對知識的一個延伸應用。在教學中，教師課前準備好變式練習，避免重復練習，落實減輕學生的學業(yè)負擔要求，提高學生對實際問題的解決能力，發(fā)展學生的綜合素質(zhì)有重要意義。

在物理教學中，建立基本模型，對解決一些物理問題有著重要幫助。高中物理學科研究對象是自然科學，主要研究內(nèi)容是自然界的一些基本規(guī)律。對于一些復雜事物規(guī)律的研究，可以抓住其主要特征，形成基本模型，通過對基本模型的研究，掌握基本規(guī)律，就可以構(gòu)建復雜的物理問題。

下面以兩個的基本模型和變式案例，對模型變式教學進行研究。

物體A、B質(zhì)量分別為M1和M2，B左側(cè)連一輕彈簧，靜止于光滑水平面上，A以速度V0沖向B.

在基本模型的教學中老師重點突出過程分析，并設計“證明整個過程中動量守恒”問題引導學生回顧動量守恒的理論推導過程。接著對彈簧模型中的速度特點進行分析以及對動量、能量及其轉(zhuǎn)換進行分析，最后在提出物體A反向運動的條件的討論，提升到高考難度。

變式1：? 如圖A，B兩個木塊，中間夾著一個被壓縮的輕質(zhì)彈簧，并用一根細線相連，在光滑水平地面上以速度v0向右勻速運動，后來細線突然斷裂，質(zhì)量為m的木塊B離開彈簧時的速度變?yōu)?v0.求：

（1）質(zhì)量為3m的物體最終的速度;

（2）彈簧的這個過程中做的總功。

本題改變了物理過程，是基本模型的一個逆向過程。

變式2：如圖，兩滑塊A、B之間用橡皮筋連接，A的質(zhì)量為m，初始時橡皮筋處于自然長度，并置于光滑水平桌面。B靜止，A有向左的初速度v0，經(jīng)過一段時間，B與A同向運動碰撞并粘在一起，此時二者速度是A的速度的兩倍，也是碰撞前瞬間B的速度的一半。求：

改變了物理情境，彈簧替換為橡皮筋，從而擴展模型的應用范圍。

變式3. 如圖，光滑冰面上靜止放置一物塊C右端連一彈簧Q，物塊A和B中間壓縮一根彈簧P，A和B用細繩系住，開始時三個物塊均靜止。某時刻燒斷A和B中間的細繩，A脫離彈簧P后以3 m/s的速度沖向C，壓縮彈簧Q使其彈性勢能最大為30J.已知A的質(zhì)量為m1=10 kg，B的質(zhì)量為m2=30 kg.取重力加速度的大小g=10 m/s2.

變式3通過改變研究對象，是基本模型的一個適當延伸。引導學生怎樣由基本模型遷移。

如圖1，物體P靜止于固定的斜面上，P的上表面水平?，F(xiàn)把物體Q輕輕地疊放在P上，則

A.P向下滑動

B.P靜止不動

C.P所受的合外力增大

D.P與斜面間的靜摩擦力增大

分析：該題在斜面模型的基礎上，考察了受力分析、平衡條件常規(guī)考點。

變式1：如圖1-1，如果把Q物體換成一個豎直向下的力，以上的問題又如何選擇。

分析：把一個這樣的力替換一個物體，其本質(zhì)并沒發(fā)生變化。

變式2：如圖1-2，把這個力換成垂直于斜面的力，以上的問題怎么選擇。

分析：此變式與原式的結(jié)果出現(xiàn)很大變化，但其考察的知識點并沒有發(fā)生變化。

分析：變化了F的條件，其本質(zhì)還是斜面上的三力平衡的延伸。

變式3、如圖光滑斜面固定于水平地面，滑塊A、B疊放后一起由靜止開始下滑，在斜面上運動時，A的受力示意圖為（? ? ?）

分析：該變式在受力分析的基礎上融入了整體隔離法和牛頓第二定律的內(nèi)容，建立了知識間的聯(lián)系。其本質(zhì)反應了力與運動的關系。

通過上面兩個案例在課堂的開展驗證。建立基本模型，通過對基本模型變式，激發(fā)學生的學習主動性，對解決問題和培養(yǎng)學生的分析，比較以及借助基本模型思考的能力起到了積極作用。對學生的科學思維，科學探究等能力的培養(yǎng)有顯著的提高作用。