林智勇

【摘 要】 物理模型是物理過程或現(xiàn)象的直觀顯現(xiàn)，物理解題的過程，實(shí)質(zhì)上是物理模型的還原過程，而變式既屬于教學(xué)行為，也指一種教學(xué)策略。在物理問題的解決過程中，經(jīng)常需要建立物理模型。建立物理模型的過程是將問題的通用性語言描述轉(zhuǎn)化為物理學(xué)科語言描述，進(jìn)而揭示物理問題的本質(zhì)，形成對一類（物理）問題共同屬性的一般認(rèn)識(shí)，這是提高物理習(xí)題課教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要途徑。在日常習(xí)題課教學(xué)中，不重視對問題本質(zhì)的揭示，就題論題，缺少變式與跟進(jìn)，就會(huì)造成上課效率低下。因此，本文就如何在習(xí)題講解過程中，準(zhǔn)確建構(gòu)物理模型，揭示物理問題的本質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上提供變式與跟進(jìn)策略拋磚引玉提些看法。

【關(guān)鍵詞】 物理；物理模型；建構(gòu)；變式

【中圖分類號(hào)】 G63.26 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2095-3089（2017）16-0-02

一、物理模型與變式概述

物理模型，即在分析和解決實(shí)際物理問題時(shí)，突出主要的、本質(zhì)的特征，忽略次要的、非本質(zhì)的因素，對實(shí)際物體和物理過程所做的一種簡化的描述或模擬。這是一種抽象的思維方法。以物理事實(shí)為基礎(chǔ)，運(yùn)用科學(xué)的思維方法，構(gòu)建物理模型的過程是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和探索能力的有效途徑。

變式，是變換同類事物的非本質(zhì)特征，以便突出本質(zhì)特征。在物理教學(xué)中運(yùn)用變式可使學(xué)生更深刻地、牢固地理解物理概念與規(guī)律。通過變式變換同類事物的非本質(zhì)特征，使非本質(zhì)特征的種類既要全面，又要突出主要的、常見的，且遵循從簡到繁、從易到難的原則。

二、建構(gòu)物理模型，揭示物理問題本質(zhì)

建構(gòu)前：

如圖所示，一開口向上的均勻玻璃管豎直放置，用一段水銀柱封住一些氣體，系統(tǒng)原來靜止，當(dāng)釋放玻璃管的瞬間，玻璃管的加速度a管___________g（填“大于”、“等于”或“小于”），且以后玻璃管的加速度逐漸_________（填“增大”、“不變”或“減小”）

教師：

（1）研究的是玻璃管的加速度，所以我們應(yīng)對玻璃管進(jìn)行受力分析：

（2）對水銀受力分析，玻璃管放手前水銀受力平衡，a=0，放手后，a管>a汞，則空氣柱體積將增大，壓強(qiáng)減小，所以a管減小。

案例分析：

下課后，我對自己的授課感覺不滿意，題目講解后學(xué)生仍顯得茫然。雖然我對問題的解決（示范）沒有錯(cuò)，但為什么會(huì)出現(xiàn)收效不大的結(jié)果呢？從這里我們看到了教學(xué)的要義不僅在于教師對問題進(jìn)行正確的詮釋，更重要的是讓教師對問題的詮釋為學(xué)生所理解，并使他們獲得個(gè)人意義。這就意味著習(xí)題課教學(xué)，重要的不是在于教師對問題的正確解答，而在于教師對問題詮釋過程的組織，以利于學(xué)生的理解和內(nèi)化。

那么教師如何組織對問題的詮釋呢？我們先來剖析上述的教學(xué)片斷：

在解決示范中，我直接進(jìn)入了解決問題最后階段——受力分析，然后運(yùn)用牛頓第二定律分析獲得結(jié)論。沒有意識(shí)到對問題外顯特征的歸納，引導(dǎo)學(xué)生通過對曾經(jīng)解決過的問題進(jìn)行篩選，提取與本問題具有共同外顯特征的問題進(jìn)行比較分析，從而使學(xué)生獲得更普遍意義上的一般分析方法。這種就題論題的做法，可能就是習(xí)題課教學(xué)效率低下的一個(gè)普遍性癥結(jié)。

而且，我在題目分析得出答案后，沒提供變式跟進(jìn)，以檢測自己的講評效果。這可能是低效習(xí)題課教學(xué)又一大特征。

三、物理模型建構(gòu)與變式跟進(jìn)策略

綜上所述，物理模型建構(gòu)與變式跟進(jìn)可從以下三個(gè)方面進(jìn)行提升：

提煉歸納，點(diǎn)面聯(lián)系——建構(gòu)一類問題的共同物理模型

分析問題，尋找關(guān)鍵——提示物理模型的本質(zhì)屬性

檢測鞏固，變式跟進(jìn)——物理模型的遷移訓(xùn)練

建構(gòu)后的變式提升設(shè)計(jì)：

一輕彈簧，B端固定，另一端C與細(xì)繩共同拉住一個(gè)質(zhì)量為m的小球，繩的另一端A固定，如圖，AC、BC與豎直方向的夾角分別為θ1和θ2，則（ ）

（A）燒斷細(xì)繩的瞬間上球的加速度為

（B）燒斷細(xì)繩的瞬間上球的加速度為

（C）在C處彈簧與小球脫開瞬間小球的加速度為

（D）在C處彈簧與小球脫開瞬間小球的加速度為

教師：本題四個(gè)選項(xiàng)有什么共同的特征？

學(xué)生：“瞬間”。

教師：對，本題要求的就是細(xì)繩或彈簧與小球脫開“瞬間”加速度。請問求加速度需要應(yīng)用什么知識(shí)？運(yùn)用什么分析方法？

學(xué)生：牛頓第二定律，受力分析。

教師：畫出燒斷細(xì)繩之前的小球的（平衡）受力圖，如右圖。

教師：燒斷之后瞬間，重力變嗎？

學(xué)生：不變。

教師：彈簧彈力F變嗎？

學(xué)生（部分）：不變。

教師：燒斷繩子的瞬間，這兩個(gè)力的合力怎么樣？

學(xué)生：與未燒斷前一樣。

教師：邊提示邊板書，得出選項(xiàng)A。

然后指出在C處小球與彈簧斷開的瞬間，小球?qū)⒀嘏c繩垂直的方向作圓周運(yùn)動(dòng)，在受力分析的基礎(chǔ)上，得出選項(xiàng)D。

變式跟進(jìn)：

小球在水平和輕質(zhì)彈簧（與豎直方向的夾角為θ）處于靜止?fàn)顟B(tài)，求斷開繩或者斷開彈簧瞬間，小球的加速度。

當(dāng)堂觀察表明，部分學(xué)生較為順利的解決了跟進(jìn)的問題，但還有一些學(xué)生解決問題時(shí)存在困難。

案例反思：

我在新的設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)了“彈簧在剪斷輕繩前后的瞬間，其彈力因漸變的特性而保持不變，輕繩在小球脫離彈簧作用的瞬間，拉力可突變”這一類問題共同的特征，并試圖提供變式以鞏固學(xué)生對這一特征的應(yīng)用操練，這是一種進(jìn)步。但這種“進(jìn)步”可能只是停留在表層，所提供的“變式”并不能說明學(xué)生是否已經(jīng)形成“遷移”的能力，也許只是停留在模仿。

如，我想把既與彈簧相連同時(shí)又與輕繩相聯(lián)的物體，作相同的物理模型，因?yàn)樗麄兙哂蓄愃频慕Y(jié)構(gòu)和相同的處理方法。

思考我前一課時(shí)提供的豎直玻璃管一例與本課提供例子有沒有相似之處？表面兩種問題情境所呈現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)相去甚遠(yuǎn)，缺少類同。但兩類問題情境提問的方式卻有相似之處，處理問題的方法也有相似之處。

前者問的是“釋放玻璃管的瞬間……”，后者問的是“剪斷輕繩的瞬間……”。在處理方法上，前者氣體對玻璃管的壓力是漸變的，因而在釋放玻璃管的瞬間，壓力是不變；后者彈簧的彈力是漸變，因而剪斷輕繩的瞬間，彈力是不變的。

所以這完全可以把它們歸入同一物理模型。為突出這一物理模型的物理本質(zhì)，我們可以給這一物理模型起個(gè)名，比如說這種在瞬間狀態(tài)變化的問題命名為“瞬態(tài)變化”模型。

此外，我們也可以把用10N力豎直作用于浮在水面上兩個(gè)物體的瞬間，求兩物體間的作用力的問題歸結(jié)到這一模型。并對這類模型為學(xué)生提供更具體解決思路，比如通過師生共同的活動(dòng)，共同提煉這類問題共同特征，從而形成對這類問題的一般解決法。比如讓學(xué)生通過對例題解答的全過程的提煉，獲得對這類問題分析過程的如下認(rèn)識(shí)：

問題的特征詞：某個(gè)力消失的“瞬間”。

所求的特征：求這個(gè)“瞬間”的加速度。

解決過程的特征：這一瞬間前的受力分析。

分析的關(guān)鍵：某個(gè)力消失后，剩下的力是漸變力（如彈簧彈力，封閉氣體壓力、液體的浮力），還是突變力（細(xì)繩的拉力）？

解題的知識(shí)：牛頓第二定律。

至此，一個(gè)物理模型初步形成，其問題特征是求解狀態(tài)變化瞬間的物理量，其分析的過程特征是由變化前的方程與變化后方程聯(lián)立來求解問題，其關(guān)鍵點(diǎn)是把握“漸變量”在狀態(tài)瞬間變化時(shí)保持不變。

假若教師在示范過程中，和學(xué)生一起對例題進(jìn)行適當(dāng)歸納，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)上述物理模型的本質(zhì)和特征，并提供適當(dāng)變式（比如說將“10N的力作用于懸浮在水面上的兩個(gè)物體的瞬間，求兩物體間的作用力”作為上述例題的變式，讓學(xué)生通過適當(dāng)“遷移”自己糾正錯(cuò)誤），相信教學(xué)會(huì)起到事半功倍的效果。

總之，在教學(xué)中，教師如果能有效地幫助學(xué)生從看似不同的問題情境中，尋找出共同的物理屬性（這種屬性可以是外形結(jié)構(gòu)上的相似，也可以是涉及的物理知識(shí)和方法的相同，還可以是處理問題的思維方式的相似甚或數(shù)學(xué)表達(dá)的相似），指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)建立相應(yīng)的物理模型，并以此為依據(jù)為學(xué)生提供恰當(dāng)?shù)淖兪?，將是提高物理?xí)題教學(xué)有效性，引導(dǎo)學(xué)生形成問題分析、提高“遷移”能力的重要途徑。

參考文獻(xiàn)：

蔣明星《物理模型的建立及在教學(xué)中的作用》，《中小學(xué)教學(xué)研究》，2010（10）：32-33