淺析高中物理模型變式教學的意義

劉立國

【摘要】高中物理課程標準中對物理學科核心素養(yǎng)提出了具體要求，要求學生在物理學科學習中對個人發(fā)展和社會需要具備必要品格和能力。并以此概括出物理核心素養(yǎng)。該素養(yǎng)圍繞加強物理觀念，開展科學探究，發(fā)展科學思維，培養(yǎng)科學態(tài)度和素質這四個方面展開。為切實落實物理核心素養(yǎng)，教師在日常教學中，不能墨守常規(guī)，要大膽創(chuàng)新。而進行變式教學具有實際意義。

【關鍵詞】高中物理? ?模型變式教學? ?意義

變式教學是指在主干知識不變的情況下，改變實際物理情境，對知識的一個延伸應用。在教學中，教師課前準備好變式練習，避免重復練習，落實減輕學生的學業(yè)負擔要求，提高學生對實際問題的解決能力，發(fā)展學生的綜合素質有重要意義。

在物理教學中，建立基本模型，對解決一些物理問題有著重要幫助。高中物理學科研究對象是自然科學，主要研究內容是自然界的一些基本規(guī)律。對于一些復雜事物規(guī)律的研究，可以抓住其主要特征，形成基本模型，通過對基本模型的研究，掌握基本規(guī)律，就可以構建復雜的物理問題。

下面以兩個的基本模型和變式案例，對模型變式教學進行研究。

物體A、B質量分別為M1和M2，B左側連一輕彈簧，靜止于光滑水平面上，A以速度V0沖向B.

在基本模型的教學中老師重點突出過程分析，并設計“證明整個過程中動量守恒”問題引導學生回顧動量守恒的理論推導過程。接著對彈簧模型中的速度特點進行分析以及對動量、能量及其轉換進行分析，最后在提出物體A反向運動的條件的討論，提升到高考難度。

變式1：? 如圖A，B兩個木塊，中間夾著一個被壓縮的輕質彈簧，并用一根細線相連，在光滑水平地面上以速度v0向右勻速運動，后來細線突然斷裂，質量為m的木塊B離開彈簧時的速度變?yōu)?v0.求：

（1）質量為3m的物體最終的速度;

（2）彈簧的這個過程中做的總功。

本題改變了物理過程，是基本模型的一個逆向過程。

變式2：如圖，兩滑塊A、B之間用橡皮筋連接，A的質量為m，初始時橡皮筋處于自然長度，并置于光滑水平桌面。B靜止，A有向左的初速度v0，經過一段時間，B與A同向運動碰撞并粘在一起，此時二者速度是A的速度的兩倍，也是碰撞前瞬間B的速度的一半。求：

改變了物理情境，彈簧替換為橡皮筋，從而擴展模型的應用范圍。

變式3. 如圖，光滑冰面上靜止放置一物塊C右端連一彈簧Q，物塊A和B中間壓縮一根彈簧P，A和B用細繩系住，開始時三個物塊均靜止。某時刻燒斷A和B中間的細繩，A脫離彈簧P后以3 m/s的速度沖向C，壓縮彈簧Q使其彈性勢能最大為30J.已知A的質量為m1=10 kg，B的質量為m2=30 kg.取重力加速度的大小g=10 m/s2.

變式3通過改變研究對象，是基本模型的一個適當延伸。引導學生怎樣由基本模型遷移。

如圖1，物體P靜止于固定的斜面上，P的上表面水平?，F把物體Q輕輕地疊放在P上，則

A.P向下滑動

B.P靜止不動

C.P所受的合外力增大

D.P與斜面間的靜摩擦力增大

分析：該題在斜面模型的基礎上，考察了受力分析、平衡條件常規(guī)考點。

變式1：如圖1-1，如果把Q物體換成一個豎直向下的力，以上的問題又如何選擇。

分析：把一個這樣的力替換一個物體，其本質并沒發(fā)生變化。

變式2：如圖1-2，把這個力換成垂直于斜面的力，以上的問題怎么選擇。

分析：此變式與原式的結果出現很大變化，但其考察的知識點并沒有發(fā)生變化。

分析：變化了F的條件，其本質還是斜面上的三力平衡的延伸。

變式3、如圖光滑斜面固定于水平地面，滑塊A、B疊放后一起由靜止開始下滑，在斜面上運動時，A的受力示意圖為（? ? ?）

分析：該變式在受力分析的基礎上融入了整體隔離法和牛頓第二定律的內容，建立了知識間的聯系。其本質反應了力與運動的關系。

通過上面兩個案例在課堂的開展驗證。建立基本模型，通過對基本模型變式，激發(fā)學生的學習主動性，對解決問題和培養(yǎng)學生的分析，比較以及借助基本模型思考的能力起到了積極作用。對學生的科學思維，科學探究等能力的培養(yǎng)有顯著的提高作用。