正確創(chuàng)設(shè)物理圖景 優(yōu)化高考解題

浙江 厲 杰

建立物理模型的情景式教學(xué)是以生動(dòng)形象的教學(xué)情景激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒與學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)方法。在課堂教學(xué)中，教學(xué)情景是直觀與抽象、感性與理性、教材與生活的橋梁，利用教學(xué)情景能化解形象與抽象、新知與舊知、感性與理想之間的矛盾，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析與解決問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的和諧統(tǒng)一。因而，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的心理和年齡特點(diǎn)創(chuàng)設(shè)不同的教學(xué)情境模型，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，誘發(fā)學(xué)生的情感共鳴，提高課堂教學(xué)的有效性。自新課程改革以來(lái)，建立物理模型的情景式教學(xué)被廣泛應(yīng)用于高中物理教學(xué)之中，為物理課堂教學(xué)增添了許多新亮點(diǎn)，并收到了良好的教學(xué)效果。

物理概念和規(guī)律具有抽象性和客觀性，而物理習(xí)題由于是描述一些理想物體的基本運(yùn)動(dòng)或基本狀態(tài)，所以具有理想性、具體性和形象性。為了溝通概念規(guī)律與習(xí)題的聯(lián)系，解題中就應(yīng)創(chuàng)設(shè)具有這種聯(lián)系的“圖景”，通過(guò)物理圖景，可以使物理過(guò)程變得更為形象和清晰，這對(duì)于啟發(fā)學(xué)生思維、正確理解物理概念及分析物理問(wèn)題可以起到良好的輔助作用，同時(shí)也可以增加學(xué)生的研究興趣，提升物理水平，從而做到將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象問(wèn)題形象化。

一、物理解題時(shí)建立情景模型的必要性

1.物理模型是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要手段。而情景模型具有真實(shí)、直觀、便于分解解題步驟的特點(diǎn)，非常容易勾起學(xué)生的探索欲望。同時(shí)，情景模型又是物理現(xiàn)象、物理過(guò)程經(jīng)過(guò)抽象思維處理后在人腦中的產(chǎn)物。通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的圖示，幾根線(xiàn)段展現(xiàn)出一個(gè)或多個(gè)物理過(guò)程，以直觀和富有規(guī)律的情景圖像呈現(xiàn)在學(xué)生面前，它結(jié)合了抽象思維，既富有啟發(fā)性，又富有哲理性，更容易激發(fā)學(xué)生的研究興趣，也更容易解決物理問(wèn)題。

2.有助于培養(yǎng)學(xué)生探究與應(yīng)用知識(shí)的能力。物理模型教學(xué)是將新課程理念應(yīng)用于物理教學(xué)的突破口，它改變了傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，從具體情景出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象、操作物理實(shí)驗(yàn)、認(rèn)知物理規(guī)律，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力、社會(huì)實(shí)踐能力。因而，可以通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)、生活場(chǎng)景、多媒體技術(shù)等創(chuàng)設(shè)物理情景，在物理情景中引導(dǎo)學(xué)生探究物理現(xiàn)象的成因、思考現(xiàn)象背后的物理規(guī)律，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生思考和分析問(wèn)題的能力。從認(rèn)知心理學(xué)來(lái)分析，大量的習(xí)題鞏固，簡(jiǎn)單的機(jī)械作業(yè)，往往會(huì)使學(xué)生“疲于奔命”，逐步散失思考能力，對(duì)思維培養(yǎng)是極為不利的，長(zhǎng)此以往，也會(huì)造成學(xué)生審題錯(cuò)誤、漏看信息等大量低級(jí)錯(cuò)誤。如果使用模型教學(xué)去創(chuàng)設(shè)物理情景，讓學(xué)生從不同的角度探索解決問(wèn)題的途徑，就會(huì)再次點(diǎn)燃學(xué)生思維的火花，使學(xué)生再接再厲地完成訓(xùn)練，建立模型，體驗(yàn)成功的喜悅，從而培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性和發(fā)散性。

二、如何有效發(fā)揮模型創(chuàng)設(shè)在物理教學(xué)中的“洪荒之力”

建立正確的模型是情景教學(xué)的基礎(chǔ)，沒(méi)有正確的模型只會(huì)誤導(dǎo)學(xué)生，浪費(fèi)大量的時(shí)間精力去求解一個(gè)錯(cuò)誤的答案。

圖形是物理解題中最常用、也是最簡(jiǎn)單的模型建立方法。用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)圖形和線(xiàn)段勾勒出一幅物理情景，將抽象的文字信息融入直觀的圖形中，可以讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)提取更多的有效信息，提高解題效率。圖形在人們的視覺(jué)認(rèn)知中起到了非常重要的作用，這從新版物理教材和物理習(xí)題中也可見(jiàn)一斑，同時(shí)，各地高考試卷中也是多數(shù)考題都配有圖象或圖表，可見(jiàn)圖示在物理學(xué)習(xí)和考試中占據(jù)著非常重要的位置。

解決一個(gè)物理問(wèn)題，我們大致可以把思維過(guò)程分為兩步。首先是審題明確研究對(duì)象，定性分析階段，提取題干中的有用信息，從所給的物理過(guò)程、物理情景中建立問(wèn)題的物理模型、物理圖象，然后是定量分析過(guò)程，即利用物理學(xué)知識(shí)求解問(wèn)題。從這里可以看出來(lái)，沒(méi)有很好的形象思維訓(xùn)練，平時(shí)沒(méi)有養(yǎng)成畫(huà)圖示習(xí)慣的同學(xué)，無(wú)法在第一階段建立正確的物理情景，也就無(wú)法快速、準(zhǔn)確地解決物理問(wèn)題。

以下是一道學(xué)生錯(cuò)誤率極高的競(jìng)賽題，借此來(lái)體驗(yàn)一下正確創(chuàng)設(shè)物理情景的重要性。

【題目】四個(gè)半徑為R、質(zhì)量相等的光滑小球放在一個(gè)表面光滑的半球形碗底內(nèi)，四小球球心在同一水平面內(nèi)，用另一個(gè)完全相同的小球置于四個(gè)小球之上，為使下面四小球相互接觸不分離，碗半徑應(yīng)滿(mǎn)足什么條件？

圖1

對(duì)于模型而言，圖1并不是一個(gè)好的模型建設(shè)方法，所以建立正確的模型是解題的前提。

圖2 圖3

NEA2=(NCAcos45°)2+(G+NCAsin45°)2

又因圖5中表示三力的矢量所組成的三角形與圖4中△DCA相似，有:

圖4 圖5

以上解得的r1為系統(tǒng)臨界平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的碗面半徑。當(dāng)r1增大時(shí)，圖4中碗面對(duì)A球的支持力的作用點(diǎn)E將向右移，A所受重力與彈力的合力對(duì)E點(diǎn)的力矩不為零，使A球向左轉(zhuǎn)動(dòng)，四球?qū)⒎珠_(kāi)，原平衡破壞；反之，當(dāng)碗面半徑r1減小時(shí)，碗面對(duì)A球支持力的作用點(diǎn)將向左移，A球?qū)⒁蛴肄D(zhuǎn)動(dòng)，下面四球之間會(huì)出現(xiàn)的彈力阻止上述轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生，原平衡得以維持。

但是，當(dāng)碗口半徑太小時(shí)，其上無(wú)法放上四球而平衡，對(duì)應(yīng)于能使四球在碗口上面平衡的碗口最小半徑的情況，應(yīng)為碗口邊緣剛好能支于E、F兩點(diǎn)，即此時(shí)EF兩點(diǎn)間的距離為碗口的直徑。則碗口半徑:

物理過(guò)程是指“研究對(duì)象”發(fā)生物理變化的歷程，這個(gè)過(guò)程可能是持續(xù)性的，也可能是短暫性的，我們就是要分析其中規(guī)律，幫助學(xué)生創(chuàng)設(shè)物理模型。在物理圖景中所體現(xiàn)的是：通過(guò)對(duì)實(shí)際過(guò)程的想象和模擬，所出現(xiàn)的連續(xù)、動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程。應(yīng)該說(shuō)，正確分析物理過(guò)程是建立清晰、正確物理圖景的關(guān)鍵。

在物理模型創(chuàng)設(shè)中，我們也可以借鑒數(shù)學(xué)的解題方法，如數(shù)學(xué)高次方程的解題方法是三次化二次、二次化一次這樣逐一降級(jí)的拆解過(guò)程。其實(shí)建立物理模型解題也是一樣，就是把難的問(wèn)題向已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)簡(jiǎn)化，用已知的簡(jiǎn)單模型去描述抽象的物理情景，一個(gè)中等難度的物理題目可以由多個(gè)物理情景構(gòu)成，每一個(gè)情景完整地表述一個(gè)問(wèn)題，可以應(yīng)用獨(dú)立的方程或方程組。