梁金中

近年來(lái),全國(guó)課標(biāo)卷物理試題凸顯了“素養(yǎng)立意”的命題思想,對(duì)考生的學(xué)科素養(yǎng)要求較高,要求考生在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)具有較強(qiáng)的物理建模能力,轉(zhuǎn)變“解題”為“解決問(wèn)題”．在高中物理教學(xué)尤其是高三復(fù)習(xí)中,教師應(yīng)著重加強(qiáng)學(xué)生的物理建模能力和應(yīng)用物理模型解決問(wèn)題能力的培養(yǎng),使學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜的物理問(wèn)題時(shí),能將其分解為若干個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題,構(gòu)建物理解題模型,熟練地根據(jù)物理模型特點(diǎn)巧選物理規(guī)律完成解答．本文以兩道全國(guó)高考題為例,談?wù)勅绾闻囵B(yǎng)學(xué)生的物理建模能力,歡迎指正．

1 高考對(duì)考生物理建模能力的要求

圖1

試題分析本題考查重力場(chǎng)、電場(chǎng)、平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)能定理等物理核心知識(shí);涉及的物理過(guò)程主要有:1)在重力場(chǎng)中的平拋運(yùn)動(dòng);2)帶電小球在重力場(chǎng)和電場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中的類(lèi)拋體運(yùn)動(dòng)．本題對(duì)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)要求較高,要求具備較強(qiáng)的分析綜合能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)題的能力，要求學(xué)生對(duì)“質(zhì)點(diǎn)”“點(diǎn)電荷”“復(fù)合場(chǎng)”“拋體運(yùn)動(dòng)或類(lèi)拋體運(yùn)動(dòng)”等物理模型有深入的理解.試題的難度為 0.14．

本題第(1)問(wèn)中涉及小球在重力場(chǎng)中的平拋運(yùn)動(dòng),是學(xué)生比較熟悉的物理模型.而第(2)問(wèn)的復(fù)合場(chǎng)中小球做的是類(lèi)拋體運(yùn)動(dòng),因沒(méi)有明確小球的初速度方向和勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向,小球的運(yùn)動(dòng)軌跡難以描繪,學(xué)生難以應(yīng)用拋體運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行求解,思維陷入困境．應(yīng)用功能關(guān)系解題,同樣需要學(xué)生有較強(qiáng)的數(shù)理建模能力和物理思維能力,解題過(guò)程較復(fù)雜,試題難度大．

圖2

本題是高中常見(jiàn)的板塊問(wèn)題,但因試題涉及長(zhǎng)木板和小物塊的運(yùn)動(dòng),屬于多物體、多過(guò)程、多狀態(tài)、多物理量的典型復(fù)雜物理問(wèn)題,對(duì)思維水平和應(yīng)用模型能力要求較高,且隱含條件不易發(fā)現(xiàn),極易產(chǎn)生錯(cuò)誤點(diǎn)．試題注重過(guò)程模型的識(shí)別及其銜接的關(guān)系分析.考生須對(duì)題中文字信息和圖象信息進(jìn)行深入分析,針對(duì)每個(gè)過(guò)程正確選擇研究對(duì)象,建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?最終運(yùn)用相關(guān)的物理概念和規(guī)律解決．

上述兩道試題都較好地體現(xiàn)了考試大綱所強(qiáng)調(diào)的“能夠獨(dú)立地對(duì)所遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析、研究,弄清其中的物理狀態(tài)、物理過(guò)程和物理情境,找出起重要作用的因素及有關(guān)條件;能夠把一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題分解為若干較簡(jiǎn)單的問(wèn)題,找出它們之間的聯(lián)系;能夠提出解決問(wèn)題的方法,運(yùn)用物理知識(shí)綜合解決所遇到的問(wèn)題”,體現(xiàn)高考要求學(xué)生具備較強(qiáng)的物理建模能力和應(yīng)用模型解題的能力．

2 學(xué)生物理建模能力的培養(yǎng)

物理建模是物理學(xué)中的重要思想方法,是考生化解難題和解決物理問(wèn)題的有效方法．高考一直將“是否能從實(shí)際物理問(wèn)題中建立合理的物理模型”作為考查學(xué)生物理素養(yǎng)和物理能力的重點(diǎn),因此,在物理教學(xué)中,必須增強(qiáng)學(xué)生建模意識(shí),指導(dǎo)學(xué)生針對(duì)實(shí)際物理問(wèn)題構(gòu)建解題模型,提高應(yīng)用物理模型解題的能力．

2.1 重視物理概念和規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生物理建模意識(shí)

物理現(xiàn)象和物理問(wèn)題總是復(fù)雜多變的,為了便于問(wèn)題的研究和解決,高中物理為學(xué)生提供了各種理想化的物理模型,形成了系統(tǒng)的物理知識(shí)和物理思維.理解和掌握這些物理知識(shí)和規(guī)律,就能夠在遇到實(shí)際物理問(wèn)題時(shí),根據(jù)問(wèn)題的情境和給定條件,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)物理模型并解決問(wèn)題．

高中物理模型包括對(duì)象模型、條件模型、運(yùn)動(dòng)模型、作用模型、守恒模型等．對(duì)象模型有質(zhì)點(diǎn)、輕彈簧、輕繩、輕桿、單擺、點(diǎn)電荷、定值電阻、電容器、電感線圈、理想變壓器等;條件模型有光滑表面、勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等;運(yùn)動(dòng)模型有勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等;作用模型有萬(wàn)有引力、重力、電場(chǎng)力、安培力、洛倫茲力、核力等;守恒模型有機(jī)械能守恒、動(dòng)量守恒、質(zhì)量守恒、電荷守恒等．

學(xué)生不僅要理解和掌握這些物理模型及其規(guī)律,還需要在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中具有良好的物理建模意識(shí),主動(dòng)尋找解決物理問(wèn)題的最優(yōu)模型,以達(dá)到高效解決問(wèn)題的目的．如2014年課標(biāo)卷Ⅰ第25題的標(biāo)準(zhǔn)答案是利用“功能關(guān)系和勻強(qiáng)電場(chǎng)模型”進(jìn)行求解,實(shí)際上,也可利用“運(yùn)動(dòng)的合成與分解模型和牛頓第二定律”相結(jié)合進(jìn)行求解,如果利用“力的合成與分解和動(dòng)能定理模型”相結(jié)合進(jìn)行求解,還會(huì)更簡(jiǎn)潔．又如2015年課標(biāo)卷Ⅰ第25題,在應(yīng)用“勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型”解題時(shí),既可用勻變速運(yùn)動(dòng)的基本公式,也可用勻變速運(yùn)動(dòng)的推論和結(jié)論,靈活性很強(qiáng),思維活躍的學(xué)生還可以選擇功能關(guān)系輔助求解．高考試題求解方法的多樣性和靈活性,給具有不同科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)生提供寬廣的展示空間,讓學(xué)生系統(tǒng)掌握各種物理模型,是提高學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要教學(xué)目標(biāo)．

2.2 加強(qiáng)教學(xué)的針對(duì)性,培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力

物理問(wèn)題的解決總是依靠構(gòu)建物理模型來(lái)實(shí)現(xiàn),因此,高中物理教學(xué)中要重視培養(yǎng)學(xué)生的建模能力,使學(xué)生在面對(duì)物理問(wèn)題時(shí),懂得如何通過(guò)對(duì)問(wèn)題情境的分析和判斷,忽略次要因素和無(wú)關(guān)因素,透過(guò)現(xiàn)象看清問(wèn)題本質(zhì),科學(xué)構(gòu)建解決物理問(wèn)題的物理模型．

高三物理復(fù)習(xí)不應(yīng)是物理知識(shí)的簡(jiǎn)單再現(xiàn),而是讓學(xué)生接觸更多的物理原始問(wèn)題,學(xué)會(huì)分辨主要因素和次要因素,能根據(jù)問(wèn)題的情境將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干小問(wèn)題,將復(fù)雜的物理過(guò)程分解為若干簡(jiǎn)單的子過(guò)程,再根據(jù)物理模型來(lái)解決每個(gè)小問(wèn)題．如2015年全國(guó)課標(biāo)卷Ⅰ第25題,就需要學(xué)生將長(zhǎng)木板和小物塊的運(yùn)動(dòng)分解為8個(gè)子過(guò)程,并根據(jù)各子過(guò)程的物理模型特點(diǎn)進(jìn)行求解．在物理教學(xué)中,教師要從解決問(wèn)題的學(xué)科特點(diǎn)出發(fā),不斷滲透物理模型,把物理建模始終貫穿于教學(xué)之中,通過(guò)潛移默化,不斷地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)觀察、科學(xué)分析,使其在解決問(wèn)題時(shí)能優(yōu)先考慮問(wèn)題所屬的物理模型,然后通過(guò)物理模型的知識(shí)和規(guī)律解決問(wèn)題,使建模和應(yīng)用模型成為學(xué)生思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的有效手段．

2.3 重視練、考、評(píng)相結(jié)合,增強(qiáng)學(xué)生的物理建模能力

物理建模并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的思維過(guò)程,學(xué)生除了要具備豐富和扎實(shí)的物理基礎(chǔ)知識(shí)外,還需通過(guò)適當(dāng)?shù)木?、考、評(píng),掌握一般問(wèn)題的建模方法．物理問(wèn)題通?？梢酝ㄟ^(guò)分析綜合、聯(lián)想類(lèi)比等方法進(jìn)行建模．

分析與綜合,就是從全局到局部、整體到個(gè)體,再?gòu)木植康饺?、個(gè)體到整體的思維過(guò)程.把復(fù)雜的物理過(guò)程按照時(shí)間順序或空間區(qū)域,分解為相互聯(lián)系的幾個(gè)子過(guò)程,認(rèn)真分析和研究每個(gè)物體和各個(gè)子過(guò)程,在分析和綜合的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)物理模型的建立．

聯(lián)想類(lèi)比是指某些事物具有相似性特征或者某些方面相同時(shí),推理它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤乃季S過(guò)程,從而應(yīng)用較熟悉的模型、方法和規(guī)律去解決新問(wèn)題．如用平拋運(yùn)動(dòng)的模型去解決電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,用天體運(yùn)動(dòng)模型去解決原子中的電子運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,等等．

物理學(xué)常見(jiàn)的建模方法還有對(duì)稱(chēng)法、微元法、等效法等,這就要求教師在教學(xué)中加以引導(dǎo)和示范,通過(guò)講、練、考、評(píng)等多種形式,有計(jì)劃地設(shè)計(jì)各類(lèi)典型原始物理問(wèn)題,不斷創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,通過(guò)一題多解、一題多問(wèn)和多題同解等多種形式,增強(qiáng)學(xué)生的物理建模能力,提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)．