在习题教学中如何丰富、完善学生的物理模型意识

物理模型的构建是一种重要的科学思维方法，通过对物理现象或过程的分析，找出反映物理现象（或物理过程）内在本质及内在规律，从而达到认识问题的目的.高考选拔中的理综试题的特点是题多且阅读量大，解答物理试题要求学生第一反应即物理建模方向要正确，才能较快进入解题过程.那么在物理习题教学中，如何丰富、完善学生头脑中的物理模型，有效提升学生的建模能力？本文就三个方面谈谈个人的看法.

1 加强规范训练，引导学生正确建模

每一个具体的物理问题所描述的物理现象或过程，都对应着物理模型.一个恰当的模型就是一把解题的金钥匙，建立一个合适的模型就等于揭开了掩盖问题现象或过程的本质特征的面纱.

解题时建模一般步骤为：（1）复现问题所表述的全部物理情景；（2）抓住主要矛盾，将情景与头脑中的模型进行关联；（3）将具体问题转化为物理模型.第一个过程即为准确理解题意的过程；第二个过程为物理抽象的过程，在此步骤中，需要提取题中有用信息，去除干扰信息，将问题理想化，抓住事物的本质，与脑海中积累的物理模型进行关联；第三个过程是对模型进行梳理和完善的过程，在此过程中需要找出抽象的模型与学生记忆中已知模型的相同点与不同点，如果相同，则套用已知模型规律，如不同，则需要思考为何不同，原来的物理模型需要做何完善.

例1 （2014年广东高考理综试题第17题）用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图1所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体

A.体积减小，内能增大

B.体积减小，压强减小

C.对外界做负功，内能增大

D.对外界做正功，压强减小

本题考查考生对热力学第一定律的理解，以日常生活现象为例，考查学生运用物理知识解决问题的能力.训练时，可引导学生从题中“密封性好、四周被挤压、无热交换”的几个关键句，建立为一“绝热气体压缩模型”，同时引导学生找出与物理模型相应的物理规律，充气袋四周被挤压，体积肯定减小，所以外界对气体做功，气体内能增大，这样就可很快选出答案A、C.本题难度不大，高考区分度主要看解题的速度.在解容易题时，应引导学生尽快找到储存在头脑中相应的物理模型（金钥匙），做到解题又快又准，为解答后续的题目节省宝贵的时间.

2 发挥主动意识，强化学生建模思维的运用

习题教学中要让学生养成主动参与，积极思考的良好学习习惯.只有主动积极思考，才会不断地提高从原始题目中采集信息、处理信息、建立起与题目相对应的物理模型的能力，头脑中的模型才会不断丰富.建立合适的模型的关键是对物理状态过程的分析，为了建立一个合适的模型就必须对题意认真分析，所谓审题实际上就是在具体的问题情况中审视（辨别）出准确模型的过程.通过对研究对象的状态特征以及运动变化过程的分析，区分各种因素的主次关系，并与头脑中已有的物理模型相关联，才能辨别出此具体问题的实际模型.

例2 （2011年广东高考物理试题第36题 ）如图2所示，以A、B和C、D为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内，一滑板静止在光滑水平地面上，左端紧靠B点，上表面所在平面与两半圆分别相切于B、C.一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上E点，运动到A时刚好与传送带速度相同，然后经A沿半圆轨道滑下，再经B滑上滑板.滑板运动到C时被牢固粘连.物块可视为质点，质量为m，滑板质量M=2m，两半圆半径均为R，板长l=6.5R，板右端到C的距离L在R

（1）求物块滑到B点的速度大小；

（2）试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中，克服摩擦力做的功Wf与L的关系，并判断物块能否滑到CD轨道的中点.

分析 学生边看图边读题边积极联想可以很快找出本题中包含三个物理模型：一是“传送带”模型，物块从E匀加速运动运动到A；二是“竖直平面圆周运动”模型，物块从A运动到B；三是“子弹打木块”模型或“板块模型”，物块从B运动到C；最后又回到“竖直平面圆周运动”模型.虽然这道题情景较为复杂，在短时间准确完整解出来有难度，但借助模型分析法拆分物理过程，是可以高效解答的，并拿到大部分分值，为做其它题目赢得时间.如果模型能力较强的学生在读题的过程中，模型已经建立，同时与模型相对应的物理规律也已经在脑海中浮现，若再能挖掘出隐含条件是可以完整解答本题的.站在模型的高度审视广东高考计算题，会有一览众山小的感觉，有利于攻克高考压轴题，可谓是“得模型者得高考”.

3 不断反思总结，完善物理模型

模型不是一成不变的，在平时的练习中，教师应当诱导学生不断完善、丰富模型.物理习题虽然形式多样，数量庞大，但是万变不离其宗，通常许多纷繁的问题都可属于同一物理模型.在习题讲解中通过多题归一、一题多解、一题多变等方式，强化学生提取模型的能力；在练习中引导学生不断反思总结，分清相似模型间的区别和不同模型的适用条件，分清物理模型与现实原型的差别，通过类比、对比、反思、总结等方法完善、丰富学生的模型意识.

比如板块模型既是习题中的热点，也是高考考查的重点，题目丰富多变，能很好设置试题的梯度.可引导学生把板块模型视为自己喜爱的“魔方”，通过不断反思总结，既可丰富模型意识，也可提升建模能力.例如：下面两幅图在习题中经常出现，都是物体之间相互作用的过程，在地面（双杆）光滑的条件下系统的动量守恒.仔细对比分析，可以归纳出图2的四个过程都是碰撞模型：相互作用后A的速度总是小于或等于B的速 度.图3的三个过程属于子弹打（穿）木块的模型：相互作用后子弹A的速度大于或等于木块B的速度.通过这样的分析对比归纳，可以发现多种相互作用过程具有模型的共性，又可区分易困扰的相似模型.

总之，物理模型是物理教学的根本，高中物理习题教学应注重模型思维的运用，不断丰富、完善学生的模型意识，使习题教学回归物理本真，让学生从题海中跳出来.

【本文是广东省教育科学“十二五”规划课题《山区高中物理模型的构建与实践研究》（课题批准号：2013YQJK100）研究成果之一】