谈高中物理的模型与题型规律和二级结论BW

博微物理谈高中物理的模型与题型、规律和二级结论一、问题的提出近年来，高考理科综合能力测试的物理部分难度有所下降，然而，我们并没有见到考生的成绩随着试题难度的下降而成比例地上升。因此，有必要将堆积如山的习题梳理出头绪，提纲挈领出物理解决问题基本方法。首都师范大学乔际平教授等早就提出用“多题归一”的方法。多题归一的思路是什么？有的做法是归纳出若干种题型，帮助学生记忆这一类习题的解法，并且收到很好的成效。但是，学生遇到没有见过的题型，往往束手无策。所以，我们认为，这种归纳出题型的做法还可以再前进一步，回归到物理研究问题的基本方法上去，用模型法解题。二、模型与题型1、高中物理中的模型模型是物理学研究的最基本单元，为了抓住事物的主要矛盾，透过现象看本质，在物理学研究中，通常把实际问题理想化。高中物理主要是学习应用模型方法来解决物理问题。物理学中的理想模型可以分为四类：对象模型、结构模型、过程模型和环境模型。为了研究问题起见，物理学把实际的研究对象理想化，看成理想对象模型；或都把实际的物质结构理想化，当成理想结构模型；或者把实际的物理过程理想化，看作理想过程模型；或者把实际的的环境理想化，当作理想的环境模型。例如，高中物理所研究的理想对象模型有质点、点电荷、电源、直流电路等；原子物理中的结构模型有汤姆逊葡萄干—布丁模型，卢瑟福核式结构模型、波尔氢原子模型等；在运动学中，理想的过程模型有匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、碰撞、机械波等；在电磁学中，理想的环境模型包括匀强电场、匀强磁场，真空中静止的点电荷所形成的电场……模型研究就是研究在某一物质单元存在形态及其运动变化的最基本规律，模型的规律有其自身的结构系统，每个模型都有自身对应的一整套规律，例如，匀变速直线运动的规律包括运动学5个公式，动力学5个公式，如果再加上受力分析中用到的重力、弹簧弹力、滑动摩擦力、电场力、磁场力等6个公式，约为16个公式；电学中有库伦定律、欧姆定律、闭合电路的欧姆定律、法拉第电磁感应定律、楞次定律，这些规律都对应着一定的模型以及理想条件。2、高中物理中的题型学生平时练习和测验所使用的是习题，模型加上一定的时空条件就构成了具体习题。而我们通常所说的题型就是模型加上相对稳定的时空条件，再披上不同的实际问题的外衣。信息题就是需要将实际问题的特点从现象中抽出来，与我们曾经学过的模型特点作比较，找出实际过程所对应的模型。进而应用模型所对应的规律加上实际问题所特有的条件，解决问题。博微物理以力的相互作用为例：子弹打木块题型（如图1甲所示，子弹以一定的初速度射向木块，相互作用结束后，系统达到稳定状态时可能出现的几种情景，乙、丙、丁三图表示子弹最终将和木块共同运动，乙为子弹恰好穿透木块，丙为子弹穿入木块一定深度，丁为子弹恰好不穿出木块；戊为子弹穿过木块）；人、船题型（如图2甲所示，人与船开始时都静止，突然人以一定的速度从船头走向船尾，求人走到船尾时，如图2乙所示，人与船的位移。）；小木块在大木板上滑题型（如图3所示，小木块以一定的初速度滑上原本静止在光滑水平地面上的木板，假设木板长为L，当小木块滑到木板的另一端，恰好与木板相对静止）；人从气球悬绳上滑下题型（如图4所示，气球与人组成的系统原本共同匀速上升，人缓慢顺着绳子爬下，求人落地时气球的速度）；两木块夹弹簧题型（如图5甲所示，物块A连接着轻质弹簧，静止在光滑水平面上，物块B以一定的初速度v向A冲过来，B将与A和弹簧组成的系统发生碰撞，使弹簧压缩到最短，此时A和B取得共同速度，弹簧的弹性势能最大；当弹簧压缩又恢复到原长时，若求A、B的速度分别为多少，此过程满足动量守恒和机械能守恒。）；炸弹爆炸题型（如图6所示，炸弹爆炸后分成两个部分，爆炸前后炸弹碎片组成的系统动量守恒）；人跳车题型（如图6所示，人与船正以初速度V0前进，突然人以相对于船为u的速度水平向后跳出，求船速增加了多少如图2所示，光滑水平面上有一辆小车，开始时甲、乙两人分别站在车的两端，如果甲和乙先后以相同大小的速度向相反方向跳离小车，求小车获得的速度）；冰车上的小孩推木块的问题（如图8所示，甲和乙两个小孩坐在冰车上，正对对方前进，为了避免碰撞，甲向乙推出一个木块，木块达到乙处时，乙马上抓住这个木块。求甲应当用多大的速度推木块才能使甲乙恰好不相撞）……博微物理模型方法解题的思路是力图从现象看本质，从根本（模型对应的物理规律）入手，结合某一道题所特定的条件解决习题。题型方法比较注重某一类习题的外部特征与结论之间的直接联系，将这种联系固化为一种思维定势。形成“是……就……”的单一因果关系模式。三、规律和二级结论规律是描述物质运动的各个物理量之间最基本的关系。以物体相互作用的过程为模型的习题，其共同特点就是，当相互作用的物体所受合外力为零时，系统的动量定恒。同时，从能量的角度来描述，系统作用前后的能量有可能变化，即满足功能关系和动能定理；也可能不变，即满足能量守恒。二级结论则往往是题型的结论，即在模型规律的基础上增加稳定的条件后，用规律运算后得出的结论。例如，大木板初始时刻静止在光滑水平地面上，小木块以一定的初速度V0滑上大木板，假设木板长为L，当木块滑到木板的另一端时，恰好和木板取得共同速度。两物体组成的系统动量守恒，两特体动能的损失即为转化的内能。该类模型所对应的基本规律是：VMvmMVmvEQ)2121()2121(22MVmvVMvmfs相对此类题型的二级结论是：博微物理物块的实际位移为LmMmML2块对于三个物体组成的系统，处理方法是把三个物体系统拆成两个物体系统与另一个物体相互作用，再处理两个物体系统内部的相互作用。以两个小孩坐冰车为例，甲和乙的冰车质量为M，甲推着的箱子质量为m，乙和丙车总质量也为M，甲、乙的速度大小相同，都是v，方向相反。为了避免相撞，甲要以速度0v将箱子推给乙，乙马上接住箱子，总和箱子取得共同速度，而不相撞的临界条件就是甲、乙和箱子的末速度都相同，该模型所对应的基本规律是：甲推出箱子，甲和箱子组成的系统动量守恒，0)(mvMvvmM甲箱子和乙相互作用时，箱子和乙也满足动量守恒乙vmMMvmv)(0此类题型的二级结论是：vmMmvv2乙甲从解决问题的角度来说，规律的适用范围比较广泛，这一类满足系统动量守恒的问题都可以使用以上两个基本规律。题型和二级结论是把程序性知识固化为结果性知识，由于题型时空条件相对稳定，二级结论应用于此类问题求解可以使学生的思维过程简化，节约考试的时间；同时缺点也很明显，它使得学生思维僵化，形成一种套用模型。其实题型和二级结论是有条件的，而条件与结论之间是否存在着必然因果关系，取决于对位是否准确。模型不清楚的或者一般的接近原始物理问题的习题，没有现成的结论，如是没有养成运用规律的思维操作的习惯，就会出现束手无策的局面。从培养学生能力的角度来讲，题型和二级结论的弊端十分明显，首先结论教学把对规律的“运用”降低为对结论的“记忆”。为了应对考试所采取的题海战术，主要方法就是让学生熟悉并记住各种类型习题的解法，以便考试时遇到同类型题目时“对号入座”。这实质上是通过大量的机械记忆，把处理较高认知水平的“运用”降低为较低水平的“记忆”。没有真正的“运用”，就不可能实现认识的二次飞跃。按照这种方法教学，学生只能暂时记住若干物理提醒和有关知识组块，并未掌握物理知识的基本结构，长期使用“题海战术”，会使学生利用认知结构中前两种成分生成新知识组块的能力萎缩，使他们学到的物理概念、规律成为封闭的静态的无生命力、孤立的条文。在此基础上，用题型教学代替模型教学把智力活动蜕化为自动化技能。“题海战术”的目的是让学生解题熟练化、自动化，使解题成为一种技能，以便在答卷时用不着多动脑筋就能循序完成。这实质上是企图通过超量的练习，把运用物理知识解决问题这一高度意识水平的智力活动蜕化成一种低级意识水平的自动化技能。抽象的物理知识向丰富多彩的实际问题的运用，总是或多或少包含着创造的因素，它需要学生的高级思维活动。“题海战术”人为地把高级思维活动蜕化为自动化技能的结果，是使学生充当了习题的奴隶而不是成为知识的主人，学生充其量只能片面地学会解题技术，而掌握不了物理科学知识。”模型与题型，谁是物理教学的根本？哪个是规律与二级结论？答案是很显然的。应用模型法来解决物理问题才是教学的基本。题型则应该作为分析物理习题时，所要寻找的此题有别于同一模型问题特征，即本题所特有的初始条件、边界条件、临界关系。弄清了题型与模型的关系，从模型出发去做多题归一和改错的工作，即在充分掌握模型法解决问题的基础上，尽可能将最具代表性的题型彻底弄明白，进而学会举一反三用模型法处理新的题型。四、结语每个考生做过的题目已经很多，至少有上千道。如果生吞活剥记忆这些题或者用类比的方法一一博微物理比较选择解题方法，太累了。我们无法改变高考的现状，我们可以通过帮助学生掌握正确的方法，来提高学生应试能力。后期复习中先对学习过的知识机构和模型规律进行梳理，再对做过习题进行分类归纳找到做过的大量习题中的有规律性的东西来。用前人的话说：经历一个“把书变薄”的过程。在这个过程中将习题与模型规律直接挂钩，可以迅速提高学生的解题本领。这是后期复习中最具有震撼力的时刻，有些考生有（一）（少字）览众山小的感觉。这时二级结论便成了顺理成章的必然结果。我们知道，学生大量的错误是审题，审题过程中看不清条件是学生的通病。如果要求学生在做题过程中，一定要找到问题的基本模型和本题所特有的条件是什么，学生的错误率就会急剧下降。后期复习中与其猜题押宝，不如扎扎实实地定下心来，帮助学生做好习题归类到模型和改错的基本工作。