正確創設物理圖景 優化高考解題

浙江 厲 杰

建立物理模型的情景式教學是以生動形象的教學情景激發學生的學習情緒與學習興趣的教學方法。在課堂教學中，教學情景是直觀與抽象、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，充分調動學生的學習積極性，培養學生的自主學習能力、分析與解決問題的能力，實現教與學的和諧統一。因而，教師應根據學生的心理和年齡特點創設不同的教學情境模型，激發學生的學習興趣，誘發學生的情感共鳴，提高課堂教學的有效性。自新課程改革以來，建立物理模型的情景式教學被廣泛應用于高中物理教學之中，為物理課堂教學增添了許多新亮點，并收到了良好的教學效果。

物理概念和規律具有抽象性和客觀性，而物理習題由于是描述一些理想物體的基本運動或基本狀態，所以具有理想性、具體性和形象性。為了溝通概念規律與習題的聯系，解題中就應創設具有這種聯系的“圖景”，通過物理圖景，可以使物理過程變得更為形象和清晰，這對于啟發學生思維、正確理解物理概念及分析物理問題可以起到良好的輔助作用，同時也可以增加學生的研究興趣，提升物理水平，從而做到將復雜問題簡單化、抽象問題形象化。

一、物理解題時建立情景模型的必要性

1.物理模型是培養學生學習興趣的重要手段。而情景模型具有真實、直觀、便于分解解題步驟的特點，非常容易勾起學生的探索欲望。同時，情景模型又是物理現象、物理過程經過抽象思維處理后在人腦中的產物。通過一個簡單的圖示，幾根線段展現出一個或多個物理過程，以直觀和富有規律的情景圖像呈現在學生面前，它結合了抽象思維，既富有啟發性，又富有哲理性，更容易激發學生的研究興趣，也更容易解決物理問題。

2.有助于培養學生探究與應用知識的能力。物理模型教學是將新課程理念應用于物理教學的突破口，它改變了傳統的填鴨式教學，從具體情景出發引導學生觀察物理現象、操作物理實驗、認知物理規律，有助于培養學生的自主探究能力、社會實踐能力。因而，可以通過物理實驗、生活場景、多媒體技術等創設物理情景，在物理情景中引導學生探究物理現象的成因、思考現象背后的物理規律，這樣可以培養學生思考和分析問題的能力。從認知心理學來分析，大量的習題鞏固，簡單的機械作業，往往會使學生“疲于奔命”，逐步散失思考能力，對思維培養是極為不利的，長此以往，也會造成學生審題錯誤、漏看信息等大量低級錯誤。如果使用模型教學去創設物理情景，讓學生從不同的角度探索解決問題的途徑，就會再次點燃學生思維的火花，使學生再接再厲地完成訓練，建立模型，體驗成功的喜悅，從而培養學生思維的靈活性和發散性。

二、如何有效發揮模型創設在物理教學中的“洪荒之力”

建立正確的模型是情景教學的基礎，沒有正確的模型只會誤導學生，浪費大量的時間精力去求解一個錯誤的答案。

圖形是物理解題中最常用、也是最簡單的模型建立方法。用簡單的數學圖形和線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，可以讓學生在短時間內提取更多的有效信息，提高解題效率。圖形在人們的視覺認知中起到了非常重要的作用，這從新版物理教材和物理習題中也可見一斑，同時，各地高考試卷中也是多數考題都配有圖象或圖表，可見圖示在物理學習和考試中占據著非常重要的位置。

解決一個物理問題，我們大致可以把思維過程分為兩步。首先是審題明確研究對象，定性分析階段，提取題干中的有用信息，從所給的物理過程、物理情景中建立問題的物理模型、物理圖象，然后是定量分析過程，即利用物理學知識求解問題。從這里可以看出來，沒有很好的形象思維訓練，平時沒有養成畫圖示習慣的同學，無法在第一階段建立正確的物理情景，也就無法快速、準確地解決物理問題。

以下是一道學生錯誤率極高的競賽題，借此來體驗一下正確創設物理情景的重要性。

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

圖1

對于模型而言，圖1并不是一個好的模型建設方法，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為系統臨界平衡時對應的碗面半徑。當r1增大時，圖4中碗面對A球的支持力的作用點E將向右移，A所受重力與彈力的合力對E點的力矩不為零，使A球向左轉動，四球將分開，原平衡破壞；反之，當碗面半徑r1減小時，碗面對A球支持力的作用點將向左移，A球將要向右轉動，下面四球之間會出現的彈力阻止上述轉動發生，原平衡得以維持。

但是，當碗口半徑太小時，其上無法放上四球而平衡，對應于能使四球在碗口上面平衡的碗口最小半徑的情況，應為碗口邊緣剛好能支于E、F兩點，即此時EF兩點間的距離為碗口的直徑。則碗口半徑:

物理過程是指“研究對象”發生物理變化的歷程，這個過程可能是持續性的，也可能是短暫性的，我們就是要分析其中規律，幫助學生創設物理模型。在物理圖景中所體現的是：通過對實際過程的想象和模擬，所出現的連續、動態的變化過程。應該說，正確分析物理過程是建立清晰、正確物理圖景的關鍵。

在物理模型創設中，我們也可以借鑒數學的解題方法，如數學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的拆解過程。其實建立物理模型解題也是一樣，就是把難的問題向已經學過的知識簡化，用已知的簡單模型去描述抽象的物理情景，一個中等難度的物理題目可以由多個物理情景構成，每一個情景完整地表述一個問題，可以應用獨立的方程或方程組。