立足经典模型培养思维能力-以一道计算题教学为例 论文

立足经典模型培养思维能力——以一道计算题教学为例摘要：光滑水平面上的板块模型与非弹性碰撞的动量和能量的关系是一致的，可以将板块的相互作用过程看作是延时的非弹性碰撞。在教学过程中立足这些经典的过程模型的讲解，进行模型间的对比、分析、拓展应用；不断深化学生对物理模型的理解，以落实培养学生将较复杂的实际问题中的过程转换成物理模型的课程目标，提升学生的科学思维能力。关键词：物理模型；科学思维；非弹性碰撞；过程转换2017版《普通高中物理课程标准》凝练了学科的核心素养。物理学科核心素养主要包括“物理”“科学思”“科学探”“科学态度与”四个方面。在教学时它们是相互交融的，但在教授不同内容时，是有侧重的。例如：选择性必修1第一章第四节《弹性碰撞和非弹性碰撞》的教学，侧重于科学思维的模型建构。从认识物理模型到应用物理模型的过程中，伴随着学生思维能力的培养。在实际教学中，可以以新的情境的问题为抓手，通过分析问题，对比已学过知识将问题情境抽象为物理经典模型解决问题。笔者以一道计算题为例，谈谈自己的认识和思考。例：如图，水平面上固定两根足够长的平行直导轨MN、PQ，两导轨间静置一质量M=2.0kg的外壁光滑环形空心玻璃管ABCD，BC、DA段均为半圆管，AB、CD段是长度均为L=3.0m的直管.管内CD段放置有质量为m=1.0kg的小球，小球在AB段相2对运动时受到得摩擦力f=0.3mg，玻璃管内其余部分光滑，g取10m/s.现给玻璃管水平向右的初速度v=6.0m/s，求：(1)从开始运动到小球与玻璃管共速，玻璃管对小球的冲量的大小；2)小球第一次通过玻璃管中A点时的速度大小.第（1）问考查的重点是物理观念。可以利用动量守恒定律和动量定理很轻松的解决，1
2但是第（2）问有难度，难度在于问题情境较复杂，大部分学生在读完题后不能明白归根结底是学生将较复杂的实际问题中的过程转换成物理模型的能力较弱。下面就该题为例，通过利用经典的模型对比讲解，让学生对经典的模型理解会更深入，同时培养学生的科学思维的水平。在分析第（2）问时，可以启发学生将整个过程分为两个阶段。首先，小球从C到B的过程中，是球与管的相互作用过程，因为没有摩擦，系统动能没有减少且水平方向系统不受外力，这一过程符合弹性碰撞的特点。所以在该过程中可以理解为玻璃管碰撞小球，C点碰撞开始，B点碰撞结束。利用弹性碰撞模型，求出小球运动到B点时的速度v和此时玻璃管的速度v1.可见小球到达B点时的速度比玻璃管的速度大，小球将从B点向A点运动，有些学生提出一些问题。小球会A点吗？小球会相对玻璃管回走吗？小球和动是怎样的？问题的出现也是思维发展的前奏。“不愤不启，不悱不发”，此时启发正当时。于是画出经典的板块模型，提出问题并让学生解答：某时刻物块处于板长L=3.0m为木板的左端，且木板的速度v，物块的速度1v2，在光滑的水平面上运动，木板与物块0.3，问物块能否A点（，3）若不能到达A点，分析两者状态？（4）若能到达A点，则在物块到达A点时，两者的2
2速度分别为多大？这一模型过程从牛顿第二定律就开始学习，学生非常熟悉，经过一段时间的思考，依次回答如下。第（3）问可以定性分析，物块受到向左的滑动摩擦力作用，木板受向右的滑动摩擦力作用。木板匀加速，物块匀减速，若二者共速时物块还在木板则之后两者共速；所以此时可以否定小球在玻璃管中会回走。会不会共速时没脱离？学生可以通过动量守恒和能量守恒分析得到，二者速度相等时，相对位移的值大于木板的长度。根据第（3）问的分析可知小球将从玻B点向A点运动的过程转化为板因为板块的终态要么共速要么脱离时物块的速度大于木板的速度，A点时，物块的速度为6m/s，木板的速度为3m/s.该题学生在独立的运算完成后，例题的第（2）问也就分析完毕。6个计算式的分析过程也是对经典模型深入理解的过程，通过这样的分析可以让学生体会到解决复杂过程的问题时应将其转换为合适的物理模型分析。在答本道例题的第（2）问时，只需①⑥两式联立即可，得到小球的速度6m/s，玻璃管的速度等于3m/s.至此学生的深度学习还未结束。先来考虑刚刚分析的在光滑水平面上的板块运动过程与非弹性碰撞过程动量和能量的关系一致，据此可以将物块相对木板的运动看作延时的非弹性碰撞。进一步明确例题当中的小球从C到A的运动过程相对应的过程模型，用我们学过的碰撞知识来分析，计算题的2）问实际可以把小球从C到B的过程看作是弹性碰撞过程，玻璃管碰撞小球；从B到A的过程可以看作是非弹性碰撞，小球碰撞玻璃管。而小球从C到A的运动全过程又可以看作非弹性碰撞的过程。本题通过运动特点的分析将题目中的过程转换为学习过的经典模型，并将经典模型进行深度的学习总结，不仅解决了题目中的问题；更重要的是学生对经典模型特点理解会更深入，掌握在分析实际问题的过程中进行运动过程的模型转换。学生在老师的引领下不断的分析、探讨、对比，解决问题的能力和思维水平都会得到提高。在物理学科核心素养的水平划分中，将科学思维分为五个等级，其中水平5指出能[1]将较复杂的实际问题中的对象和过程转换成物理模型。这就