求解“轻质模型”培养科学思维

王怀宾

摘 要：高中物理教学中“轻质弹簧、轻杆、轻绳、轻质绸带等”是理想模型。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新。本文介绍如何建构“轻质模型”，通过科学推理得到结论，并应用结论解决实际问题。通过问题的解决过程，提高学生核心素养。

关键词：科学思维;理想模型;科学推理;科学论证

“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质性、内在规律及相互关系的认识方式;是于经验事实建构物理模型的抽象概括过程。任何物体都是有质量的，确切说习题中的“轻质”物体现实生活中并不存在，但是当某物体的质量对于我们研究的问题影响因素很小时，我们经常忽略物体的质量，即把该物体看成无质量的理想模型。

一、“轻质弹簧”模型

例1.如图1所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：①中弹簧的左端固定在墙上，②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用，③中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑動，④中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有（ ）

A.l2>l1 B.l4>l3 C.l1>l3 D.l2=l4

部分学生错认为四种情况下运动状态不同，弹簧弹力不同，源于不能洞悉“轻质模型”本质。题干中明确提出“若认为弹簧的质量都为零”，以弹簧为研究对象，根据牛顿第二定律“F=ma”可知，弹簧质量为零，弹簧所受合力为零，即弹簧右边受力为F，左边受力一定为F，弹簧受力情况完全相同，与运动状态无关，D选项正确。

二、“轻杆模型”与“轻质弹簧模型”

例2某缓冲装置的理想模型如图2所示，劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连，轻杆可在固定的槽内移动，与槽间的滑动摩擦力恒为f，向右移动不超过l时，装置可安全工作，一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧，将导致轻杆向右移动l/4，轻杆与槽间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且不计小车与地面的摩擦。

（1）若弹簧的劲度系数为k，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量x;

（2）为这使装置安全工作，允许该小车撞击的最大速度vm

综合以上题型可以看出，生活中实际的物理情景是很复杂的，忽略次要因素的干扰，抓住事物的主要矛盾，建立物理“理想模型”是解决复杂问题的有效方法。培养学生构建“轻质模型”是提高科学核心素养的必然要求。

参考文献

[1]颜少芬，付丽萍.基于科学思维能力培养的高中物理教学设计——以“安培力的方向”教学片断为例[J].物理教师，2019，40（05）：6-9.

[2]朱小青.对高中物理教学中培养学生科学思维素养的反思[J].中学物理教学参考，2018，47（11）：4-7.