淺析高中物理中的審題與建模

1、淺析高中物理中的審題與建模摘要：在高中物理學(xué)習(xí)中,學(xué)生有兩大難題:一是須要掌握龐大浩繁的基本概念和規(guī)律,并且掌握它們之間的內(nèi)在聯(lián)系;二是對(duì)眾多的解題方法、技巧,用的不熟練,遇到難題束手無(wú)策,而審題和建模是解題方法和技巧的敲門磚。而作為一名高中物理教師，就要想辦法幫助學(xué)生走出困境、渡過難關(guān)，盡可能在平時(shí)的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)好物理的自信。下面就分別對(duì)審題和建模進(jìn)行討論。關(guān)鍵詞：高中物理； 審題；建模；一、審題 解題是由審題、提出解題方法和思路、作答與演算、以及審視答案等四個(gè)環(huán)節(jié)組成，審題是求解物理問題的第一步工作，同時(shí)也是決定解題成敗的關(guān)鍵。因此，培養(yǎng)和提高審題能力很重要。在

2、物理學(xué)習(xí)中有很多同學(xué)反映老師講解習(xí)題時(shí)都能聽得懂,但是自己獨(dú)立解題時(shí)卻感到非常困難.出現(xiàn)這種困難的原因除部分同學(xué)對(duì)概念把握不準(zhǔn)、對(duì)規(guī)律理解不透之外,更為重要的恐怕是不會(huì)審題.物理問題雖然形式多樣、內(nèi)容豐富,但審題過程還是有規(guī)律可循的.審題,顧名思義是要弄清題意,形成完整的物理情景.也就是通過審閱題文和題圖，理解題意，弄清題目中所涉及的物理過程，想象物理圖景，明確已知條件與所求問題間的關(guān)系等而進(jìn)行的分析與綜合的思維活動(dòng)。怎樣做才能達(dá)到這個(gè)目的呢?下面就審題技巧做一歸納總結(jié)。1咬文嚼字，捕捉關(guān)鍵詞句 “咬文嚼字”，就是讀題時(shí)對(duì)題目中的關(guān)鍵字、詞、句等反復(fù)推敲，正確理解其表達(dá)的物理意義，在頭腦中形成

3、一幅清晰的物理圖景，建立起正確的物理模型，形成正確地解題途徑。關(guān)鍵詞句包括：易混淆類：如“變化量”與“變化率”，“增加了多少”與“增加到多少”，極端、極值類：“剛好”、“恰能”、“至多”、“至少”、“緩慢”、“迅速地”、“突然”、“瞬時(shí)”、等，應(yīng)特別注意，充分理解其內(nèi)涵和外延,這些在審題時(shí)一定作上記號(hào)。易被忽視類：水平、豎直、勻速、光滑、粗糙、不計(jì)重力、考慮重力等。 2審題過程要注意畫好情景示意圖，用圖展示物理過程畫好分析圖形，是審題的重要手段，它有助于建立清晰有序的物理過程，確立物理量間的關(guān)系，把抽象問題具體化、形象化。分析圖包括運(yùn)動(dòng)過程圖、受力分析圖、狀態(tài)變化圖、軌跡圖等，審題時(shí)應(yīng)學(xué)會(huì)把題

4、干中的已知量標(biāo)在圖上，尤其對(duì)于題目敘述較復(fù)雜的計(jì)算題，題長(zhǎng)量多，這樣做省時(shí)省力，已知與所求一目了然。 3審題過程應(yīng)建立正確的物理模型 物理模型的基本形式有“對(duì)象模型”和“過程模型”。“對(duì)象模型”是：實(shí)際物體在某種條件下的近似與抽象，如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、理想氣體、理想電表等；“過程模型”是：理想化了的物理現(xiàn)象或過程，如勻速直線運(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。一般來(lái)講，即使較為復(fù)雜的計(jì)算題也是由以上一些常見過程模型集合而成。只要抓住問題的主要因素，忽略次要因素，恰當(dāng)?shù)膶?fù)雜的對(duì)象或過程向隱含的理想化模型轉(zhuǎn)化，就能使問題得以解決。4審題過程要重視對(duì)基本過程的分析力學(xué)

5、部分涉及到的過程有勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等。除了這些運(yùn)動(dòng)過程外還有兩類重要的過程，一個(gè)是碰撞過程，另一個(gè)是先變加速最終勻速過程（如恒定功率汽車的啟動(dòng)問題）。電學(xué)中的變化過程主要有電容器的充電與放電等。以上的這些基本過程都是非常重要的，在平時(shí)的學(xué)習(xí)中都必須進(jìn)行認(rèn)真分析，掌握每個(gè)過程的特點(diǎn)和每個(gè)過程遵循的基本規(guī)律。5.在審題過程中要特別注意題目中的臨界條件問題所謂臨界問題：是指一種物理過程或物理狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物理過程或物理狀態(tài)的時(shí)候，存在著分界限的現(xiàn)象。還有些物理量在變化過程中遵循不同的變化規(guī)律，處在不同規(guī)律交點(diǎn)處的取值即是臨界值。臨界現(xiàn)象是量變到質(zhì)變規(guī)律在物

6、理學(xué)中的生動(dòng)表現(xiàn)。這種界限，通常以臨界狀態(tài)或臨界值的形式表現(xiàn)出來(lái)。物理學(xué)中的臨界條件有：兩接觸物體脫離與不脫離的臨界條件是：相互作用力為零。繩子斷與不斷的臨界條件為：作用力達(dá)到最大值，繩子彎曲與不彎曲的臨界條件為：作用力為零靠摩擦力連接的物體間發(fā)生與不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件為：靜摩擦力達(dá)到最大值。追及問題中兩物體相距最遠(yuǎn)的臨界條件為：速度相等，相遇不相碰的臨界條件為：同一時(shí)刻到達(dá)同一地點(diǎn)，V1V2兩物體碰撞過程中系統(tǒng)動(dòng)能損失最大即動(dòng)能最小的臨界條件為：兩物體的速度相等。物體在運(yùn)動(dòng)過程中速度最大或最小的臨界條件是：加速度等于零。光發(fā)生全反射的臨界條件為：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；入射角等于臨界角

7、。解決臨界問題的方法有兩種：第一種方法是：以定理、定律作為依據(jù)，首先求出所研究問題的一般規(guī)律和一般解，然后分析、討論其特殊規(guī)律和特殊解。第二種方法是：直接分析討論臨界狀態(tài)和相應(yīng)的臨界條件，求解出研究的問題。6認(rèn)真審題，挖掘隱含條件 物理問題的條件，不少是間接或隱含的，需要經(jīng)過分析或計(jì)算把它們挖掘出來(lái)。隱含條件在題設(shè)中有時(shí)候就是一句話或幾個(gè)詞，甚至是幾個(gè)字。如：“恰好到某點(diǎn)”意味著到該點(diǎn)時(shí)速率變?yōu)榱悖弧扒『貌换瞿景濉本捅硎拘∥矬w“恰好滑到木板邊緣處且具有了與木板相同的速度”等。但還有些隱含條件埋藏較深，挖掘起來(lái)有一定困難。有些問題看似一籌莫展，但一旦尋找出隱含條件，問題就會(huì)應(yīng)刃而解?？芍^是“柳

8、暗花明”。有些題目需要邊走邊算邊分析，才能發(fā)現(xiàn)“新大陸”。 7、縱深思維，分析臨界信息 臨界狀態(tài)是物理過程的突變點(diǎn)，在物理問題中又因其靈活性大、隱蔽性強(qiáng)和可能性多而稍不留心就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)解和漏解。因此，解決此類問題時(shí)，要審清題意縱深思維，充分還原題目的物理情境和物理模型，找出轉(zhuǎn)折點(diǎn)，抓住承前啟后的物理量，確定其臨界值。 8、求異思維，判斷多解信息 （1）初末狀態(tài)不明確，帶來(lái)結(jié)果的多解, 如:矢量方向不明確、數(shù)值不確定、物理現(xiàn)象多種可能性 （2）制約環(huán)境和條件不確定，如：時(shí)空周期性（圓周運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)和波）、運(yùn)動(dòng)軌跡的對(duì)稱性（豎直上拋）、電性的不確定性 9、排除干擾因素 在題目給出的諸多條件中，有些是有

9、用的，也有些是無(wú)關(guān)的，而這些無(wú)關(guān)條件常常就是命題者有意設(shè)置的干擾條件，只要能找出這些干擾條件，并把它們排除，題目常常能迅速解決。二、物理模型與建模 上世紀(jì)80年代以來(lái)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的物理教育研究者們建立了以物理建模為核心的物理教學(xué)理論體系。物理建模教學(xué)是以學(xué)生為中心的科學(xué)探究教學(xué)理論，旨在提高全體學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效率物理建模教學(xué)認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程就是物理建模的過程，并把物理建摸過程分為模型發(fā)展和模型運(yùn)用兩個(gè)階段。我國(guó)物理教育工作者應(yīng)當(dāng)借鑒物理建模教學(xué)，發(fā)展對(duì)“科學(xué)探究”連貫性、一致性的理解，加強(qiáng)“原始物理問題”與新課教學(xué)的整合，在物理教學(xué)過程中模擬科學(xué)家的科學(xué)探究活動(dòng)。那么什么是物理模型呢？

10、物理模型是對(duì)實(shí)際的問題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理，用一種反映原物本質(zhì)特征的理想物質(zhì)或過程或假設(shè)結(jié)構(gòu)，去描述實(shí)際的事物或過程。建模既是一種思維過程，也是一種思維方法，其實(shí)質(zhì)就是將隱藏在復(fù)雜的物理情景中的研究對(duì)象或物理過程進(jìn)行簡(jiǎn)化、抽象、類比、提煉。因此，建模的目的就是根植于具體的物理情景并將其準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來(lái)，從而分析、處理和解決物理問題。 （一）、高中物理教材中常見的模型 1. 理想化模型 “質(zhì)點(diǎn)”模型：質(zhì)點(diǎn)是研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)引入的理想化模型，此模型可用于研究大小和形狀可忽略不計(jì)的物體的運(yùn)動(dòng)。例如在天體運(yùn)動(dòng)中，把天體看做質(zhì)點(diǎn)，有助于使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，還有電學(xué)中的點(diǎn)電荷也是這類模型。 “輕繩、輕桿、輕質(zhì)彈簧

11、”模型：教學(xué)過程中要講清這三種模型的異同點(diǎn)，比如：輕桿對(duì)物體的彈力不一定沿著桿，輕繩彈力只能沿著繩子收縮的方向，彈簧在具體的問題中可能處于伸長(zhǎng)或壓縮狀態(tài)等。在平時(shí)的訓(xùn)練中常見的還有豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，“輕繩小球”、“輕桿小球”等模型的臨界問題，“繩上有滑輪”、“半圓形支架”的動(dòng)態(tài)平衡問題等。 “理想變壓器”模型：所謂理想變壓器就是沒有能量損失的變壓器。 2. 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 “拋體運(yùn)動(dòng)”模型：包括自由落體、豎直上拋、豎直下拋、平拋、類平拋等。其中前三類都是對(duì)應(yīng)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，可以用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)解決；后兩種是曲線運(yùn)動(dòng)，一般要運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解來(lái)解決，其中類平拋還常解決帶電粒子在電

12、場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題。 “圓周運(yùn)動(dòng)”模型：包括天體運(yùn)動(dòng)、豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等，其中天體運(yùn)動(dòng)中的模型還有雙星、同步衛(wèi)星、宇宙速度。豎直平面內(nèi)的圓周要注意的是臨界問題，還有就是如果物體又受到電場(chǎng)力影響的話還得注意等效最高點(diǎn)和最低點(diǎn)問題，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)要注意根據(jù)幾何關(guān)系確定圓心、求半徑的方法。 “人船”模型、“滑塊木板”模型、“子彈打木塊”模型：這些模型在動(dòng)量守恒和能量守恒的應(yīng)用中經(jīng)常要用到，特別是“滑塊木板”模型、“子彈打木塊”模型在摩擦生熱、能量守恒、運(yùn)動(dòng)的臨界問題中是非常重要的內(nèi)容，并且要分清楚相對(duì)位移和對(duì)地位移。3.力學(xué)中的模型 “斜面”模型：除可以解決摩擦力問題

13、外，還可以在力的平衡及牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用中大顯身手，學(xué)生學(xué)會(huì)了這個(gè)模型對(duì)解決力學(xué)有很大的幫助。 “傳送帶”模型：水平和傾斜放置的傳送帶，在教學(xué)中可以綜合解決靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力、功和能及摩擦生熱等問題。 4.電磁學(xué)中的模型 “混聯(lián)電路”模型：此類模型用的是閉合電路歐姆定律，常用來(lái)解決動(dòng)態(tài)變化，如回路中電阻變化，判斷路端電壓，電流表、電壓表示數(shù)，及某一原件功率的變化，另外還可解決電路故障。 “變壓器”模型：變壓器用的電磁感應(yīng)原理，故在理想變壓器中要注意三個(gè)制約關(guān)系以及遠(yuǎn)距離輸電的問題中能量損耗及功率分配問題?！皬?fù)合場(chǎng)”模型：一類是處理基本粒子和帶電小球、帶電微粒的運(yùn)動(dòng)問題；另一類是帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)

14、中的應(yīng)用，常見的有質(zhì)譜儀，回旋加速器，速度選擇器，磁流體發(fā)電機(jī)，電磁流量計(jì)，霍爾元件等等。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“單桿、雙桿、線圈”組合模型：這類模型可用于解決導(dǎo)體棒切割，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等問題，以及電壓、電流及功率的計(jì)算。平面導(dǎo)軌、豎直導(dǎo)軌、傾斜導(dǎo)軌與單桿及雙桿模型的組合解決電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題（二）、高中物理教學(xué)中建模的意義1. 體驗(yàn)探求規(guī)律的過程物理模型的建立是一種嚴(yán)密的思維方法的運(yùn)用，其思維過程非常明顯。但模型好用，不易建構(gòu)。原因是每一個(gè)物理過程的處理，物理模型的建立，都離不開對(duì)物理問題的正確分析。在實(shí)際的教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生感受物理模型的設(shè)計(jì)思想和分析思路，鼓勵(lì)學(xué)生敢于分析復(fù)雜的物理過程，

15、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)抽象的思維方法處理問題的能力。2. 激發(fā)學(xué)生興趣，享受學(xué)習(xí)樂趣引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究，必須先激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。建模教學(xué)能增加學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心，給學(xué)生帶來(lái)學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望，產(chǎn)生巨大的學(xué)習(xí)動(dòng)力。3.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，豐富科學(xué)素養(yǎng)建模過程是一種創(chuàng)新過程，故建模教學(xué)自然可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力是兩個(gè)不同的概念，有時(shí)意識(shí)比能力更重要，意識(shí)的獲取需要建模教學(xué)及學(xué)生有較多的自主建模經(jīng)歷來(lái)實(shí)現(xiàn)。它能讓學(xué)生掌握獲取知識(shí)的方法，增強(qiáng)學(xué)生探究未知世界的興趣和能力，豐富學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。（三）高中物理教學(xué)中如何培養(yǎng) “物理建?！彼季S 一、真實(shí)的物體用抽象化

16、方法建構(gòu)模型所謂真實(shí)的物體就是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷膶?shí)際物體，當(dāng)我們要分析這些物體的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律或相互作用時(shí)，常常將他們的具體形狀、體積、大小等次要因素忽略而抽象成一種理想化模型，用以分析這些物體的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及相互作用。如運(yùn)動(dòng)學(xué)中的物體常被抽象成質(zhì)點(diǎn)；力學(xué)中在分析物體的受力時(shí)常被抽象成小球、矩形體、輕繩與輕桿等；熱學(xué)中將實(shí)際氣體視為理想氣體；在電學(xué)中將帶電體視為點(diǎn)電荷，將導(dǎo)線視為超導(dǎo)體；光學(xué)中將光束視為光線等等。二、物體的運(yùn)動(dòng)用標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)動(dòng)建構(gòu)模型高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)所要求考生熟悉并掌握的物體的運(yùn)動(dòng)，通常是勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與波動(dòng)。我們?cè)诖藢⑺Q為運(yùn)動(dòng)的

17、“元”運(yùn)動(dòng)。實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)往往包含這些“元”運(yùn)動(dòng)的一種或幾種。因此在研究實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，常將物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)拆分成以上幾種“元”運(yùn)動(dòng)，再利用自己所掌握的“元”運(yùn)動(dòng)知識(shí)解決實(shí)際問題。如帶電粒子在電場(chǎng)中的加速與偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可拆分為勻加速直線運(yùn)動(dòng)和拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律；帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，常被拆分為勻速或勻變速直線運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)及圓周運(yùn)動(dòng)等等。三、復(fù)雜的問題建構(gòu)簡(jiǎn)單化模型所謂復(fù)雜問題，就是在課堂教學(xué)過程中，所遇到的一種探索語(yǔ)境中提出的沒有預(yù)設(shè)答案的問題。該問題的內(nèi)容要求學(xué)生歸納，問題的答案要求學(xué)生做出更深的解釋，或做出進(jìn)一步的澄清，或提供更多的依據(jù)；并且作為一系列問題的一部分，逐步建立認(rèn)識(shí)層次更高、

18、更復(fù)雜模式及抽象理論的問題。所謂復(fù)雜問題的簡(jiǎn)單化，就是將一個(gè)復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化成若干個(gè)學(xué)生熟悉的具體例子、場(chǎng)景或物體，以便學(xué)生能回憶并運(yùn)用與相關(guān)的知識(shí)，解決復(fù)雜問題的每一小問題，從而使復(fù)雜問題得到解答的過程，如新課程標(biāo)準(zhǔn)所研究的行星運(yùn)動(dòng)的問題。希臘人為了解釋行星的逆行，提出了一個(gè)理論。這個(gè)理論認(rèn)為每個(gè)行星都沿本輪運(yùn)動(dòng)，本輪的圓心又繞地球做均輪運(yùn)動(dòng)。而這個(gè)本輪與均輪還不能十分準(zhǔn)確地解釋行星的運(yùn)動(dòng)，于是又引入“偏心點(diǎn)”和“偏心等距點(diǎn)”等復(fù)雜的概念。但所有這些運(yùn)動(dòng)的描述均不符合科學(xué)家所追求的簡(jiǎn)潔性原則，于是將行星運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化成橢圓運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)一步簡(jiǎn)化成勻速圓周運(yùn)動(dòng)處理。四、陌生的問題用類比化方法建構(gòu)模型所謂陌

19、生的問題，就是事先不知道，沒有聽說或沒有看見過的，生疏的問題。陌生問題的類比化就是每當(dāng)我們遇上很陌生的問題時(shí)，就應(yīng)思考該問題的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或相互作用是否與我們熟悉的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或相互作用相同或相似。從而找到解決問題的思路與方法，如在探究物體在容器中作彈性碰撞的平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，發(fā)現(xiàn)與光的反射規(guī)律相同。在探究?jī)牲c(diǎn)電荷間的相互作用規(guī)律時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們的相互作用規(guī)律與萬(wàn)有引力相似等等。五、原始的問題用提煉化方法建構(gòu)模型 原始問題是指主要來(lái)自真實(shí)生活情境，且對(duì)現(xiàn)象的描述是原始的和趣味的，能引發(fā)思考與探索，但沒有設(shè)定的已知條件和唯一答案，從而使問題的解決具有發(fā)散性和不可預(yù)測(cè)性。原始問題的抽象化是指將自然界及社會(huì)生活、

20、生產(chǎn)中客觀存在、能夠反映科學(xué)概念、規(guī)律本質(zhì)且未被加工的典型科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)經(jīng)過人為提煉、簡(jiǎn)化、分解的過程。這種解決問題的思維能力越來(lái)越引起教育家的高度重視，并在歷年的高考及高校自主招生命題中呈現(xiàn)。如原始問題：一些人認(rèn)為嬰幼兒由成人抱著坐在汽車?yán)锸呛馨踩?，現(xiàn)在請(qǐng)你估計(jì)一下，一次發(fā)生在很短時(shí)間的撞車中，需要多大的力才能抱住嬰幼兒？這類問題由于缺少已知條件而使學(xué)生感到困難重重。但如把該問題提煉成：嬰幼兒由成人抱著坐在汽車?yán)镆彩呛懿话踩?。?qǐng)計(jì)算：一次發(fā)生在0.1S的撞車中，若撞車前車速為60Km/h，那么你需要多大的力才能抱住10Kg的嬰幼兒時(shí)，絕大多數(shù)學(xué)生就迎刃而解了。六、開放的問題用適度化方法建構(gòu)模型開放性問題，簡(jiǎn)言之就是信息不完備、目標(biāo)不確定或解題策略不唯一的問題，也可以理解成答案不確定、不唯一的問題?？梢?，開放性問題留給學(xué)生更多的思維方向和想象空間。這里的開放主要體現(xiàn)在問題結(jié)構(gòu)開放、問題解決結(jié)果開放、解決問題時(shí)的思路開放及涉及的知識(shí)或方法對(duì)解