立足經(jīng)典模型培養(yǎng)思維能力-以一道計算題教學(xué)為例 論文

立足經(jīng)典模型培養(yǎng)思維能力——以一道計算題教學(xué)為例摘要：光滑水平面上的板塊模型與非彈性碰撞的動量和能量的關(guān)系是一致的，可以將板塊的相互作用過程看作是延時的非彈性碰撞。在教學(xué)過程中立足這些經(jīng)典的過程模型的講解，進行模型間的對比、分析、拓展應(yīng)用；不斷深化學(xué)生對物理模型的理解，以落實培養(yǎng)學(xué)生將較復(fù)雜的實際問題中的過程轉(zhuǎn)換成物理模型的課程目標，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。關(guān)鍵詞：物理模型；科學(xué)思維；非彈性碰撞；過程轉(zhuǎn)換2017版《普通高中物理課程標準》凝練了學(xué)科的核心素養(yǎng)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理”“科學(xué)思”“科學(xué)探”“科學(xué)態(tài)度與”四個方面。在教學(xué)時它們是相互交融的，但在教授不同內(nèi)容時，是有側(cè)重的。例如：選擇性必修1第一章第四節(jié)《彈性碰撞和非彈性碰撞》的教學(xué)，側(cè)重于科學(xué)思維的模型建構(gòu)。從認識物理模型到應(yīng)用物理模型的過程中，伴隨著學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。在實際教學(xué)中，可以以新的情境的問題為抓手，通過分析問題，對比已學(xué)過知識將問題情境抽象為物理經(jīng)典模型解決問題。筆者以一道計算題為例，談?wù)勛约旱恼J識和思考。例：如圖，水平面上固定兩根足夠長的平行直導(dǎo)軌MN、PQ，兩導(dǎo)軌間靜置一質(zhì)量M=2.0kg的外壁光滑環(huán)形空心玻璃管ABCD，BC、DA段均為半圓管，AB、CD段是長度均為L=3.0m的直管.管內(nèi)CD段放置有質(zhì)量為m=1.0kg的小球，小球在AB段相2對運動時受到得摩擦力f=0.3mg，玻璃管內(nèi)其余部分光滑，g取10m/s.現(xiàn)給玻璃管水平向右的初速度v=6.0m/s，求：(1)從開始運動到小球與玻璃管共速，玻璃管對小球的沖量的大小；2)小球第一次通過玻璃管中A點時的速度大小.第（1）問考查的重點是物理觀念?？梢岳脛恿渴睾愣珊蛣恿慷ɡ砗茌p松的解決，1
2但是第（2）問有難度，難度在于問題情境較復(fù)雜，大部分學(xué)生在讀完題后不能明白歸根結(jié)底是學(xué)生將較復(fù)雜的實際問題中的過程轉(zhuǎn)換成物理模型的能力較弱。下面就該題為例，通過利用經(jīng)典的模型對比講解，讓學(xué)生對經(jīng)典的模型理解會更深入，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的水平。在分析第（2）問時，可以啟發(fā)學(xué)生將整個過程分為兩個階段。首先，小球從C到B的過程中，是球與管的相互作用過程，因為沒有摩擦，系統(tǒng)動能沒有減少且水平方向系統(tǒng)不受外力，這一過程符合彈性碰撞的特點。所以在該過程中可以理解為玻璃管碰撞小球，C點碰撞開始，B點碰撞結(jié)束。利用彈性碰撞模型，求出小球運動到B點時的速度v和此時玻璃管的速度v1.可見小球到達B點時的速度比玻璃管的速度大，小球?qū)腂點向A點運動，有些學(xué)生提出一些問題。小球會A點嗎？小球會相對玻璃管回走嗎？小球和動是怎樣的？問題的出現(xiàn)也是思維發(fā)展的前奏?！安粦嵅粏ⅲ汇话l(fā)”，此時啟發(fā)正當時。于是畫出經(jīng)典的板塊模型，提出問題并讓學(xué)生解答：某時刻物塊處于板長L=3.0m為木板的左端，且木板的速度v，物塊的速度1v2，在光滑的水平面上運動，木板與物塊0.3，問物塊能否A點（，3）若不能到達A點，分析兩者狀態(tài)？（4）若能到達A點，則在物塊到達A點時，兩者的2
2速度分別為多大？這一模型過程從牛頓第二定律就開始學(xué)習，學(xué)生非常熟悉，經(jīng)過一段時間的思考，依次回答如下。第（3）問可以定性分析，物塊受到向左的滑動摩擦力作用，木板受向右的滑動摩擦力作用。木板勻加速，物塊勻減速，若二者共速時物塊還在木板則之后兩者共速；所以此時可以否定小球在玻璃管中會回走。會不會共速時沒脫離？學(xué)生可以通過動量守恒和能量守恒分析得到，二者速度相等時，相對位移的值大于木板的長度。根據(jù)第（3）問的分析可知小球?qū)牟點向A點運動的過程轉(zhuǎn)化為板因為板塊的終態(tài)要么共速要么脫離時物塊的速度大于木板的速度，A點時，物塊的速度為6m/s，木板的速度為3m/s.該題學(xué)生在獨立的運算完成后，例題的第（2）問也就分析完畢。6個計算式的分析過程也是對經(jīng)典模型深入理解的過程，通過這樣的分析可以讓學(xué)生體會到解決復(fù)雜過程的問題時應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為合適的物理模型分析。在答本道例題的第（2）問時，只需①⑥兩式聯(lián)立即可，得到小球的速度6m/s，玻璃管的速度等于3m/s.至此學(xué)生的深度學(xué)習還未結(jié)束。先來考慮剛剛分析的在光滑水平面上的板塊運動過程與非彈性碰撞過程動量和能量的關(guān)系一致，據(jù)此可以將物塊相對木板的運動看作延時的非彈性碰撞。進一步明確例題當中的小球從C到A的運動過程相對應(yīng)的過程模型，用我們學(xué)過的碰撞知識來分析，計算題的2）問實際可以把小球從C到B的過程看作是彈性碰撞過程，玻璃管碰撞小球；從B到A的過程可以看作是非彈性碰撞，小球碰撞玻璃管。而小球從C到A的運動全過程又可以看作非彈性碰撞的過程。本題通過運動特點的分析將題目中的過程轉(zhuǎn)換為學(xué)習過的經(jīng)典模型，并將經(jīng)典模型進行深度的學(xué)習總結(jié)，不僅解決了題目中的問題；更重要的是學(xué)生對經(jīng)典模型特點理解會更深入，掌握在分析實際問題的過程中進行運動過程的模型轉(zhuǎn)換。學(xué)生在老師的引領(lǐng)下不斷的分析、探討、對比，解決問題的能力和思維水平都會得到提高。在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分中，將科學(xué)思維分為五個等級，其中水平5指出能[1]將較復(fù)雜的實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成物理模型。這就