高中物理模型解题思维能力的有效培养策略

黄晓燕

【内容摘要】大部分学生上高中后物理成绩一落千丈，究其原因主要是高中物理的解题思维能力要求远高于初中的解题思维能力要求，而学生仍然习惯用初中的死记硬背套公式的机械学习法，显然是吃不消的。如何有效培养高中生的物理解题思维能力？大量的一线名师实践证明：高中物理解题离不开物理模型思维能力，因此要提高解题能力应从建模、识模、用模的能力培养入手。

【关键词】物理模型 物理解题 模型解题 有效策略

大部分学生上高中后物理成绩一落千丈，究其原因主要是高中物理的解题思维能力要求远高于初中的解题思维能力要求。高中物理所研究的问题由初中的定性到定量，由表面现象、简单独立的上升到本质、系统的问题，这就要求具有抽象概况思维、发散创新思维和严谨的逻辑推理能力等，而学生仍然习惯用初中的死记硬背套公式的机械学习法，显然是吃不消的。如何有效培养高中生的物理解题思维能力？大量的一线名师实践证明：高中物理解题离不开物理模型思维能力，因此要提高解题能力应从建模、识模、用模的能力培养入手。下文重点介绍笔者在平时教学中如何落实物理模型解题思维能力培养的一些有效策略。

一、重视受力分析和运动分析，抓住物理模型建立的本质

学生在解物理题时往往有似曾相识但又无从下手的感觉，主要原因是被表面的物理情景迷惑，识别不出其中的物理模型。

例如，竖直面内的圆周运动的轻绳模型与轻杆模型，学生往往只看到两者相同点是竖直平面内的圆周运动，区别是一绳一杆，说明学生没有抓住这两个模型的本质，只看到表面的情景现象。只有引导学生对两种模型在最高点时的受力情况和运动情况进行分析才能抓模型建立的本质：过最高点时无向上的支撑力，但可以有向下的拉力者即为“绳模型”；过最高点时既可以有向上的支撑力，也可以有向下的拉力者即为“杆模型”。若取向下方向为正方向，根据牛顿第二定律： mg+FN=mv2r可知，两者在最高点运动的临界问题也就不同。明确了两者的受力与运动的本质区别后，对于 “类绳模型”（如竖直圆轨道内侧运动）、“类杆模型”（如竖直圆管道里运动）也就迎刃而解了。

可见，平时教学只有重视受力分析和运动分析，学生才能抓住物理模型建立的本质，做到触类旁通。

二、通过“一模多变”编题法，强化学生建模、识模、用模的思维能力训练

“一模多变”编题是指同一个基本模型，通过改变其研究对象、物理情境、条件等，编成不同的物理题目，是个由简到繁的过程。

例1.有一条干涸的水渠，其底部是半径很大（约几十米）的圆弧，两位同学在水渠底部溜旱冰，他们带有旱冰鞋、秒表、长约1米的光滑木板，在溜冰间隙他们想用现有器材估测该水渠底部的圆弧半径，请你帮助他们设计测量的方案来？

【编题过程】“单摆模型+物理情境+条件”编写而成。将单摆模型中的小球、摆线，换成了溜冰同学和大圆弧水渠，将不计空气阻力的理想模型条件隐藏在“溜冰鞋”和“估测”上，让学生根据研究问题的需要学会忽略次要因素，抓住主要因素。但无论怎样改变，研究对象的受力情况与单摆基本模型受力情况相同，抓住了这个核心，只要换披不同的“外衣”就可以编出各种各样的题目。

例2.如图所示，有一个光滑的圆弧形凹槽其半径为R，在其正上方圓心O处有一小球A，从静止开始释放，与此同时在凹槽左侧的最高点M有另一小球B也是从静止开始运动，关于两个小球到达凹槽中点Q的情况，以下说法正确的是（ ）

A.小球A先到达Q点

B.小球B先到达Q点

C.两个小球同时到达Q点

D.无法确定

【编题过程】“单摆模型+匀变速直线模型+物理情境+条件”编写而成。将单摆模型的悬点、细线改为光滑的圆弧形凹槽，使单摆模型具有隐蔽性，再叠加一个自由落体运动模型，并给出“圆弧的半径R”、“同时”等条件，便可编出一道新的模型。

可见，编题是一个由简到繁的“模型+物理情境+条件”的过程，而解题则是一个由繁到简的处理过程。通过“一模多变”编题，可以有效引导学生揣摩出题者的编题意图，减少解题不沾边的现象，学生更容易学会剥掉迷惑的“外衣”找到隐藏题后的基本模型，所以“一模多变”可以从根本上强化学生的建模、识模、用模的意识。因此，在平时教学中教师应多注意典题积累，多进行“一模多变”的编题分析，这是高考复习中有效强化模型解题思维能力的良策。

三、通过“分割重组和匹配”[1]，有效突破审题识模难关

模型解题是一个由复杂到简单的过程，主要分为四个步骤：从复杂的题目情境中找出隐含的基本物理模型→在脑海里重现对应基本模型的规律→紧扣题目的情境条件→确定解题的算法。第一不即识模，后三步即为用模解题过程，其中最难最关键的一步就是识模，即常说的审题，那么如何有效地进行审题识模训练？袁守华教授提出：“分割、重组和匹配三种思维操作活动，是综合题现象分析过程中最基本的思维操作方法要素，由他们结合而成的分割、重组和匹配的方法是现象分析的通用方法”。根据这一理论，笔者经实践证明：通过“分割重组和匹配”的分析方法可以有效训练学生的识模、用模能力 。

例3.如图所示、四分之一圆轨道OA与水平轨道AB相切，它们与另一水平轨道CD在同一竖直面内，圆轨道OA的半径R=0.45m，水平轨道AB长S1=3m，OA与AB均光滑。一滑块从O点由静止释放，当滑块经过A点时，静止在CD上的小车在F=1.6N的水平恒力作用下启动，运动一段时间后撤去F。当小车在CD上运动了S2=3.28m时速度v=2.4m/s，此时滑块恰好落入小车中。已知小车质量M=0.2kg，与CD间的动摩擦因数μ=0.4。（取g=10m/s2）

求：（1）恒力F的作用时间t；（2）AB与CD的高度差h。

这道题是典型的多过程有多研究对象的题目，以滑块、小车、轨道为物理情境，如果不会恰当地进行分割匹配，就找不到任何可用的模型规律解题。多过程题往往各个过程的衔接较明显，可根据运动轨迹或运动性质进行尝试分割，尝试分割的每一个过程与脑海里存贮的模型规律相匹配，若吻合则说明分割正确，不吻合则需要重新分割。分割不仅要对运动过程分割分析，也可以将系统内的某一个研究对象进行分割隔离研究。

【识模过程】分析滑块的运动模型：从运动先后看，其运动可分割成OA、AB、BD三个运动过程。若按轨迹特点分割，则需匹配模型来确定：O到B的轨道光滑，由受力分析可知滑块从O到A是竖直平面内的圆周运动，该运动模型的规律有机械能守恒定律、动能定理、牛顿运动定律等；从A到B过程，由受力分析可知其运动与匀速直线运动模型吻合；同理，B到D的过程是平抛运动模型。接下来分析小车的运动模型：小车在水平恒力作用下启动，由受力分析及牛顿第二定律可知，小车的运动与匀加速直线运动模型吻合，撤力后在摩擦力作用下作匀减速直线运动，这两个模型对应的规律有：匀变速直线运动规律、牛顿运动定律、动能定理等。再根据情境条件：“滑块经过A点时小车同时启动，两者相遇所经历的时间相同；当运动的位移S2=3.28m，v=2.4m/s时滑块恰好落入小车中”，进一步确定使用对应模型中的哪些规律进行解题。

可见，“分割重组和匹配”的分析方法可以将多过程多对象的复杂题目分割成多个简单的基本模型进行解题，是突破审题识模难关的有效方法，此法对综合计算题尤为中用 。

“巧妇难为无米之炊”，不论是建模、识模，还是用模规律解题，如果不熟悉模型的建立过程、不熟记各模型的特点规律，谈模型解题思维的培养都是空话。如何让学生掌握模型的建立过程、熟记各模型的特点规律？那就必须重视实验和知识结构的构建。

四、重视物理实验教学，点燃建模的思维火花

物理学是一门实验学科，一切方法规律的得来都建立在实验基础上。要让学生牢记各种模型的概念、公式、规律，无疑实验是第一法宝。例如：要建立匀变速直线运动模型，并熟悉该模型的规律，那么难点在于对加速度概念的理解，要突破这个难点就必须让学生做“练习使用打点计时器”和“利用打点计时器研究匀变速直线运动”这两个实验，引导学生通过处理纸带数据来真正理解a=△V/t 这个概念，从而进一步理解熟记该运动模型的特点规律，而不是死记硬背公式。因此，教师必须重视实验教学，通过实验点燃学生建模的思维火花。

五、重视知识结构的构建，为模型解题思维安装“应用程序”

有些学生解物理题时能快速找到解題思路，表达简洁清晰，那是因为在其审题过程中从脑海中同步调出对应的物理模型规律作为思维导向，使其快速识模、用模解题。要做到迅速调出对应的模型规律，就必须事先在脑海里构建知识结构，相当于给电脑事先安装应用程序，使用时才能按指令调出对应的程序。知识结构是指一个人经过学习后，在脑海里建立起来的最合理、最优化知识体系，是个人知识升华浓缩的结果。合理的知识结构可将所学的零散知识结构化、模型化、系统化，是解题思维的“应用程序”随时待令调出。如何引导学生构建自己合理的知识结构？可通过知识结构图的呈现加以引导。

1.教师要起到引导与示范作用

不论是新课还是复习课，教师要以知识结构图形式呈现各章节及各知识模块，帮助学生理清逻辑关系，抓住重难点。同时，鼓励学生做笔记时，可根据自己的理解进行不同的意义构建。

2.通过自主合作学习，不断完善个人的知识结构图

每学完一章的内容，先要求每一位学生自主建立自己的知识结构图，然后再集思广益以小组为单位，整理出代表本组的作品，并把作品挂在教室供大家鉴赏，在复习课上选出最优秀的一组上讲台解说，总结不到的或做得不足的地方，由全体同学或老师做必要的补充或纠正。在交流过程中要求学生根据自己的认识不断完善自己的知识结构图。

3.用简要的字词、符号做知识结构导图

知识结构图是个人建立知识体系的思维导图，为了强化学生的联想、记忆等思维能力，要求做知识结构图时，尽可能采用简洁的字词和符号表示，尽可能不搬入具体内容，使结构图成为学生强化记忆的思维导图。

【参考文献】

[1] 袁守华. 物理解题思维的理论和方法[M]. 北京：北京师范大学出版社， 2011.

[2]北京中育慧之光教育科技有限公司.模型解题法高中物理[M].北京：北京大学音像出版社，2011.

（作者单位：南宁市文华学校）