高考試題中物理模型的抽象與還原辦法的初探

◎ 楊國富

物理模型的應用不僅對學生學習各學科有很大的幫助，還能夠實現學生對基礎知識的自我檢測，提高自身的邏輯思維能力。每一年的高考試題雖然常出現新的題型，但是其實質知識點都具有重復性，且試題中都包含物理模型。因此，學習、掌握、應用物理模型，促進學生思考、理解知識，對學生掌握物理學科知識起著至關重要的作用。

一、物理模型的分類

模型是知識與實物的有機組合，物理模型可以用實物、公式等形式來體現，主要目的是解釋原型物質的變化規律。對于物理模型的分類，已經有了很多的討論定義，本文針對高中物理模型分類：物質類、狀態類和過程類。

物質模型包括實體和場物質，比如質點和彈性小球等是實體物質；密繞螺線管、平行板電容器等為場物質；理想氣體和光學中的介質等都屬于物質模型。

狀態模型包括流體的穩恒流動狀態、氣體的平衡態、原子所處的基態等。

過程模型包括質點運動過程中的勻速運動、平拋運動等；氣體狀態中的等壓、等溫等；物理量均勻變化的過程以及非均勻變化的過程。

模型的建立都是基于一定的條件和使用范圍的，學生在學習和應用物理模型時，首先要清楚物理模型的使用條件，再根據實際情況加以利用。近些年的高考物理命題多次出現實際問題抽象化，要求學生將抽象化模型還原為基礎模型；還有一部分考題是由實際問題構建抽象化模型，反復檢測學生對物理模型抽象、還原的思維能力。

二、物理模型命題思路以及解題思路

根據對近幾年高考試題的分析，物理命題大量運用了模型與實際、基礎知識與思維邏輯相結合的思路，在題型中多以實際材料為背景，學生大多只看到表面信息，沒有具體分析，抓住重點。因此在面對常規問題，無法利用知識結構解決時，就可以利用建構模型思想，轉換思維，尋找問題的規律，求出正確結果。

在對應的物理題中，都會對應物理模型，命題思路是把一個以上的物理模型運用在特定條件中形成問題，通常在高考命題中包含多個復雜條件，形成情景題，以此檢測學生的審題能力、模型建立能力以及思維分析能力。

物理模型作為解題方法，是對命題思路的反推過程。首先，分析問題，建立模型，從題目中提煉模型信息；其次，分析題目條件，模型建立后，將其放在題目制定條件中，形成空間立體模型分析構架；最后，按照建造的模型找出規律，解決對應問題。由此可見，模型方法是一個由復雜到簡單的解題過程。

根據對近幾年高考物理試題的分析，總結其命題特點如下：首先，以基礎知識為主，如質點的直線運動等；其次，題型創新性強，題目靈活多變，以實際情況為背景，結合概念與規律進行命題；再次，注重命題分析，著重強調模型使用，根據目前的物理命題形式，解題過程必須采取模型建立的模式反推或者直推，促使學生結合實際進行思考，多角度、多思維轉換，進而解決問題。

例如：如圖1，從離水平地面高為H的A點以速度v0斜向上拋出一個質量為m的石塊，已知v0與水平方向的夾角為θ，不計空氣阻力，求：

圖1 機械能守恒定律示意圖

(1)石塊所能達到的最大高度。

(2)石塊落地時的速度。

模型解析：本題研究拋體運動中的機械能守恒定律。斜拋運動的水平分運動是勻速直線運動，因此石塊在最高點的速度是拋出初速度的水平分量。石塊只受重力的作用，機械能守恒。

答案解析：石塊拋出后在空中運動過程中，只受重力作用，機械能守恒，作出石塊的運動示意圖。

(1)設石塊在運動的最高點B處與拋出點A的豎直高度差為h，水平速度為vB，

則vB=vOx=v0cosθ

石塊從A到B，根據機械能守恒定律ΔEk減=ΔEp增

(2)取地面為參考平面，對石塊從拋出點A至落地點C的整個運動過程應用機械能守恒定律得

三、高中學生的模型認知

新課標中，物理模型已被列入課程大綱，但是在高中學生的實際應用過程中仍然存在一些問題，大多數學生都能夠意識到模型的價值，但只是有模糊的定義，不清楚模型的實質。學習課程例題時，對物理建模很清晰，一旦遇到新的物理情景，就不會使用建模的思路，只能生搬硬套，無法實現真正意義上的運用。要么是學生的邏輯思維轉換能力差，無法轉換抽象事物，要么是教師對建模缺乏理解，沒有做到專業化教學。大致原因如下：分析問題時只看表象不抓本質；基礎物理知識掌握不牢；空間思維差，模型建造無法具象化；沒有掌握模型分析的技巧，分析過程不完整。

四、物理模型在高中物理題中的應用

大多數學生清楚模型對物理學科的學習有益，但在實際應用中卻無法順利建構模型，建模過程模糊、套用固定模型的方式大有人在。想要解決這一問題，教師首先就要培養學生的建構模型意識，使其掌握建模的方法，實現模型的實際運用。從情景中還原物理模型，從抽象模型中找到正確的物理規律，兩者相輔相成，互相轉換，對學生的思維培養效果更佳。高中物理題按照模型方法區分有兩大類。

(1)條件清楚，模型模糊。這類問題主要是進行文字分析，而非直接應用公式，理解條件定義，進行模型建構，具體分析問題的本質要求，抽象出模型，找到其物理規律，解決問題。

(2)模型清晰，條件模糊。這類問題屬于復雜型難題，需要根據題目建立模型，然后找出動態物理情景，之后分析條件、情景、模型原理、物理規律以及問題要求，多方結合后，找到具體解決辦法。另外，物理題型不僅根據課本教材進行命題，隨著實用型命題在這幾年高考中多次出現，對于這一類型題，學生要有針對性地學習和運用：首先要認真分析題意，提取有用的信息；其次要根據復雜條件進行本質簡化，抽象建模，找到解題思路。這一實用型命題的應用對學生的知識遷移能力進行了考查，也增強了學生的抽象思維能力。

高考物理題中的最后大題歷來是拉開學生高考分數差距的壓軸題目，題目難度高，表面信息復雜且量大，涉及的知識與實際相結合。一般壓軸題中的命題都會包含生活實踐、物理實驗、現代科學等背景，同時進行命題創新，使條件、過程都與問題背景相關聯，學生需要進行大量的過程分析，不斷地進行模型建構，否則無法發現隱藏在題目中的物理模型。因此，解決這類綜合性壓軸難題需要綜合分析，建立合適的模型，找出物理現象、規律以及本質，才能找到壓軸題的解決關鍵。

五、總結

綜上所述，物理模型貫穿學生的整個高中物理學習過程。為了培養學生的邏輯思維能力，以及各學科之間的關聯能力，在物理教學中，教師要加強對物理模型學習方法的研究，針對模型統計分析以及模型法解決問題等方面，加大課程滲透力度，使學生自覺思考，形成空間邏輯思維，提高利用物理模型分析問題的能力。