科学方法的教—考—练探微

肖学雷　程颖　向秋红　陈玉银　徐丹

新课改实施以来，高考物理命题更重视发掘学科自身特点，更重视体现三维课程目标，以促进学生在“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”上全面发展.

笔者认为，三维目标中的“方法目标”，是智力要素目标，是方法性知识；学科方法是广义的学科知识，是学科能力的结构要素和能力发展的桥梁.

因而，要比较全面地评价考生的学科素养，在命题意图和编制试题上，更应侧重其学科基本方法的评价，测试其基于逻辑思维和学科探究方法，综合解决问题的能力.

但在日常的教学中，“知识与技能”这一“双基”目标，一贯受到教育者的器重和很好落实；而“过程与方法”这一促进学科能力发展的智力性目标，至今没有受到应有的重视和实践遵循，平常的训练和考试中，单纯考查知识的试题过多，考查知识加方法的试题偏少，教师也较少结合方法和知识进行教学.因此本文就物理模型这一理想化方法，通过示例，分析怎样结合教学课题的“双基”知识进程的教学，切入理想化方法和模型思想，实施“过程与方法”目标. 更希冀让三维课程目标在新课程改革中落到实处，让科学方法从后台走向前台，从隐性走向显性，成为学科教学的常规遵循.

一、模型方法与学科能力发展

我们知道，物理模型这一理想化方法，是对客观事实的一种力求真实、逐步逼近的描述.建构物理模型，就是把猜想与假说，以数理图景的形式表征.为了分析和解决某些实际问题，需要提出和建立处理疑难的理想化模型，以表征和简化问题，这就是物理模型方法.物理学的全部规律（公式），其实都是以物理模型刻画、研究问题的结果，离开物理模型，物理研究寸步难行.

所以，理想模型是建立和发展物理理论的手法，模型方法是物理方法的精髓，是探究问题答案的最基本方法.解题，是寻求解法的过程.因此，探究问题，或求解物理疑难，建构理想模型的价值，就是让问题简化，使问题可解.

中学物理的理想模型，形形色色、数不胜数，诸如：质点、杠杆、单摆、弹簧振子、完全弹性体、刚性体、理想气体、点电荷、纯电阻、理想变压器……物理模型，既是物理教学的方法内容，也是知识内容.

可见，结合教学课题的“双基”知识进程，切入理想化方法和模型思想，是实施“过程与方法”目标更深层的物理智育任务.

思维技法显现智力水平，知识促成能力要素，方法性知识决定学科能力. 在问题导学中，尤其是习题教学中，注重渗透物理方法价值的教学取向，学生必将收获学科能力的发展.

二、模型方法的教—考—练

下面以物理模型方法的教—考—练示例，揭示“知识、方法与能力”三位一体的考查意义，启示新课改下科学方法的考查趋向和教学策略.

（一）教—导—做的显性渗透

教，即基于微课教程，教给学生相应的方法性知识；导，则重于启发，让学生学以致用，运用科学的方法化解疑难；做，即动手尝试，从建模刻画，到分析图景、作答结论；练，则指活学活用方法的巩固学习.

1.“教导做”示例

以绝缘细绳把两个质量未知的带电小球悬挂起来，a球带电量为q，b球带电量为-q，且两球间的库仑引力小于重力，即两根细绳都处于竖直绷紧状态.现突然施加一个匀强电场，其场线从右上方指向左下方，如图1所示.试探究：当a、b两球平衡时，其可能的最后位形（以位形图表示）.

2.命题意图

该试题为力电综合，侧重考查探究平衡问题的物理方法，取向质点模型和刚体模型方法，同时链接矢量合成（作图）法、整体法、分析综合法.涉及的知识范畴为静力学，物体平衡条件的应用.命题价值为测评考生的物理探究能力.

（1）审题要求：粗读，构想研究对象；精读，发掘隐含信息，即“细绳竖直绷紧”，隐含带电小球系统是刚性的.

（2）知识要求：关于静电场的知识，电场力F=qE；关于物体平衡的知识，合力F合=0、合力矩M合=0，力的平行四边形法则、杠杆原理或力矩知识.

（3）技能要求：作图法求合力方向的技能，判定动力矩转向的技能.

3.过程与方法

教师：“细绳处于绷紧状态”，流露出什么信息？（引导学生提出“是什么”的问题）

学生：细绳是刚性绳.（辨明细绳性质，是让学生知其然认识世界的过程）

教师：为什么这样认为？（引导回答“为什么”的问题）

学生：绷紧的细绳，其形状和长度始终不变，说明细绳是不柔软的刚性绳.（学生说出理由和依据，是知其所以然认识世界的过程）

教师：理想化方法，是简化问题便于研究的重要物理方法.怎样抽象小球系统，有何办法？（以“怎么办”的导语，启示学生以“建模的解法”替换“解题的方法”）

学生：根据题设情境和刚性绳认识，可把带电小球系统，整体理想化为“质点”（模型）来研究；也可将带电小球系统，理想化为“杠杆”（模型）来研究.（回答“怎么办”，是建模改造世界的过程）

教师：建立适当的物理模型，是解决本题的关键方法.把两个带电小球，看作为一个“质点”，运用了物理研究的“整体法”，在科学的逻辑思维中，叫做“综合法”.“杠杆”是有固定长度的不变形物体，这一理想模型，属于“刚体”模型范畴.（补白建模思想，点明“整体法”与“综合法”，是让物理方法从隐性走向显性的导学谈话）

学生：本题是考查质点模型下的“质点平衡”与刚体模型下的“杠杆平衡”知识.

教师：弄清了要考查的物理知识，也明确了解题需要的物理方法，就试一试吧.

4.做中学

视小球系统为一个整体，抽象为质点模型，简化为共点力的平衡问题.由题设，电场力Fa=qE=-Fb，二力平衡，判断悬挂“质点”的细绳拉力T=-（ma+mb）g，即悬绳必为竖直位形，如图2所示；视小球系统为一根哑铃形杠杆，转化为杠杆平衡问题.电场力合力为零，但对杠杆产生逆时针转动的动力矩，使杠杆将向右偏离最初的竖直位形.

5.体验分析综合

质点模型下，悬绳必取竖直位形；杠杆模型下，电场力的动力矩使杆发生逆时针取向，偏离竖直位形，而小球b的重力矩（阻力矩）反抗其继续偏离竖直位形.据此，推断平衡位形图，如图3所示.否则，作如图4所示的典型错解图.

6.触类旁通

教师：有了方法利器，就是不一样.如果a球电量不变，让b球变为-2q，那么，两球最后的位形图又该怎样？

学生：基于（整体）质点模型分析合力方向，判断悬绳拉力如图5所示；以杠杆模型分析电场力的动力矩，综合推断出如图6所示的位形图.

教师：很好，学有所用.

（二）导—考—练的显性渗透

物理研究，离开物理模型，寸步难行.同样，探究物理疑难，远离建模思维，就会穷途末路；分析物理示例，作答物理试题，不会显性运用物理模型，就会计穷智短.

为此，教师基于方法视角的显性启发，渗透建模思维，让学生揣摩学习，体验建模思想，意在学生学会“探路”，故曰“导”；方法性试题作业，锻炼思维、拓展智慧，故曰“练”；通过侧重考查物理方法的运用，可识别和评估考生的学科能力，故曰“考”，并以此启示中学物理教学，引导和促进教师对学生的科学探究方法和探究能力的培养，是非常重要的.

1.导—考—练示例

如图7所示，将小球甲、乙、丙（均视为质点）分别从A、B、C三点由静止同时释放，最后都到达竖直面内圆弧的最低点D，其中甲是从圆心A自由下落，乙沿弦轨道从一端B到达另一端D，丙沿圆弧轨道从C点运动到D，且C点很靠近D点（忽略一切摩擦）.下列判断正确的是（ ）.

A.甲球最先到达D点，乙球最后到达D点

B.甲球最先到达D点，丙球最后到达D点

C.丙球最先到达D点，乙球最后到达D点

D.丙球最先到达D点，甲球最后到达D点

2.命题意图

该试题侧重考查单摆模型和斜面模型的理想化方法，同时链接中间变量分析法、数学辅助线法、等效法，涉及匀变速、自由落体、牛顿运动定律、简诣振动、单摆周期等知识.

3.考查取向

（1）考单摆模型思维，即把丙球沿圆弧轨道从C点向D点的运动，建构为单摆（模型）的振动；（2）考等效思维法：圆弧轨道的支持力等效为摆线的拉力，圆半径等效为摆长；（3）考斜面模型思维，即把不“定长”的弦轨道，以“定长”的直径表征为理想斜面.

4.导—练

（1）导—练 单摆模型思维

教师：丙球的运动不好办.可是，以虚线连接A、C（如图8），添上一条辅助线，我们能否有什么新发现？丙球的往复运动，可定性为什么运动呢？（引导建模）

学生：丙球的运动好像单摆振动哟.（学生茅塞顿开）

教师：二者在那些方面相似或相当呢？

学生：轨道的支持力，相当于摆线拉力；圆半径相当于摆长；圆心角相当于摆角.

教师：现在，如何表征丙球的运动时间呢？

学生：题设“C点很靠近D点”，隐含丙球的单摆式运动，是简谐振动.故，周期公式T=2π适用.丙球由C到D，只需四分之一周期时间，所以，t丙=.

弦轨道的动态性，与斜面定势抵触，令考生误判弦轨道非斜面，失去探究乙球滑行时间的信心.

（2）导—练 理想斜面思维

教师：乙球运动，难处是弦轨道的任意性.不过，联想已用数学技法，添上一条辅助弦线（如图8），我们能否以其他量表征弦轨道的长度？

学生：直径上的圆周角是直角，斜面倾角即弦切角，等于其对应的圆周角！斜面长度可表征，s=2Rsinθ，弦轨道是一个理想斜面.（建模和运用中间变量分析法）

教师：推断一下题设选项吧.

学生：乙球加速度a=gsinθ，由s=2Rsinθ=gsinθt乙2，得t乙=2；甲球做自由落体的时间t甲≈1.41.t甲

显见，以知识纠缠方法的考题，考查理想绳、斜面、单摆、简谐振动等物理方法，考查诸如添辅助线的数理方法，考查分析综合、归纳演绎等逻辑思维方法，是新课改下考核科学方法的命题趋向.在微课教程或示例导学中，以教—导—做或导—考—练的导学模式显性渗透，是实施“过程与方法”目标的教学策略，是发展学生能力的利器.