重视物理模型整合培养学生创新能力

高中物理我们学过的物理模型很多，有些模型相似、相异，学生们很容易混淆，往往缺乏知识的迁移能力而无从下手。所以，我们在教学中，不但要重视学生物理建模能力的培养，还要注意物理模型的整合。这样，在遇到新问题的时候，可用熟知的物理模型去解决，起到事半功倍的效果。下面，具体谈谈在物理教学中如何对物理模型进行有效整合，从而达到构建良好认知的目的，培养学生的创新能力。

一、整合一些典型的物理模型、提高学生的审题能力、建模能力、解题思维的方式

物理模型很多，主干知识力学、电学的主要物理模型有：平衡模型、平抛模型、圆周运动模型、带电粒子在匀强电场中运动的模型、带电粒子在匀强磁场中运动的模型等等。

例1：力学典型平衡模型的整合（近几年各地高考中考查有关力学平衡模型的试题）。整合这些典型的力学平衡模型，使学生对平衡问题有深刻的理解。

二、整合相似物理模型的问题，揭示物理模型间的联系，提高学生的建模能力、解题的迁移能力

针对原有物理问题中包含的一些重要的、共性化的物理模型，引导学生对这些已做物理问题进行整合，加深学生对物理模型本质的认识，提高建模能力和解题的迁移能力。

例2：最大速度模型的整合

根据牛顿第二定律，由于物体所受合力减少，所以物体的加速度变小，但是速度增大，当物体所受的合力为零即加速度为零时，物体的速度最大。

最大速度模型是一个重要的物理模型，学生通过解答这些问题揭示解答这类问题的共同思路（通过受力分析，结合牛顿第二定律可知当合力为零的时候速度最大）。

例3：带电粒子平行射入圆形磁场物理模型的整合

带电粒子在匀强磁场中的运动是高考物理的重点内容，整合带电粒子在匀强磁场的运动规律，可提高学生的审题能力、建模能力、分析问题的能力。

①如图A。半圆有界匀强磁场的圆心O1在X轴上，OO1距离等于半圆磁场的半径，磁感应强度大小为B1。虚线MN，平行X轴且与半圆相切于P点。在MN上方是正交的匀强电场和匀强磁场，电场场强大小为E，方向沿X轴负向，磁场磁感应强度大小为B2。B1、B2方向均垂直纸面，方向如图所示。有一群相同的正粒子，以相同的速率沿不同方向从原点O射入第I象限，其中沿x轴正方向进入磁场的粒子经过P点射入MN后，恰好在正交的电磁场中做直线运动，粒子质量为m，电荷量为q （粒子重力不计）。试证明：题中所有从原点O进入第I象限的粒子都能在正交的电磁场中做直线运动。

②电子质量为m，电荷量为e，从坐标原点O处沿xOy平面射入第一象限，射入时速度方向不同，速度大小均为v0，如图B所示。现在某一区域加一方向向外且垂直于xOy平面的匀强磁场，磁感应强度为B，若这些电子穿过磁场后都能垂直射到荧光屏MN上，荧光屏与y轴平行，求：所加磁场范围的最小面积。

（图A） （图B） （图C）

这2道题目，都可归结到一个模型。当带电粒子在磁场中匀速圆周运动的半径和圆形磁场的半径相同时，如果带电粒子平行射入磁场，将从同一点飞出，反之，如果从磁场中的同一点射入，必将平行射出。如图C，抓住这一类物理现象的共同规律后，题目就迎刃而解。

三、整合相异物理模型的问题，揭示物理模型间的区别，构建清晰化模型结构

针对学生容易混淆的相异物理模型，包含这些模型的易错问题进行整合，让学生在整合解答中揭示这些“形同质异”问题和模型的本质区别，整合构建一个清晰化模型结构。

例4：竖直平面内圆周运动模型的整合

通过对外球面模型（通过摩天轮上的最高点）、内球面模型（过山车通过最高点）、细杆模型（打夯机上转动物体通过最高点）三个形同质异的问题进行整合，引导学生分析解答这三个整合问题，揭示这三个问题中所包含物理模型的差异，从而构建一个清晰的物理模型结构，使学生对不同情况下圆周运动的最高点的临界速度有了深刻的认识。

四、不同的物理模型相似的解题方法的整合

物理解题的方法有很多，例如等效法、隔离法、整体法、对称法、极值法、图像法、守恒法等等。有效的整合解题方法，可以加深学生对这些重要解题方法的认识，内化解题方法，促进认知中方法的综合贯通。

例5：包含对称的解题的方法物理模型的整合

①两块质量分别为m1和m2的木块，用一根劲度系数为k的轻弹簧连在一起，现在m1上施加压力F，如图D。为了使撤去F后m1跳起时能带起m2，则所加压力F应多大？

②设想地心有物体，质量为m，则地球对物体的万有引力为多少？ A.0、B.mg、C.无穷大、D.不能确定。

③如图E。两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d，外筒的半径为r0。在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感强度的大小为B，在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内存在沿半径向外的电场。一质量为m、带电量为+q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速度为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两电极之间的电压U应是多少？（不计粒子的重力，整个装置在真空中）

（图D） （图E） （图F）

1）撤去F后，系统作简谐运动，该运动具有明显的对称性，该题可利用最高点与最低点的对称性来求解。 2）地球其中任何一部分对此物体的吸引，均有一个与之对称的等大反向的吸引，所以地球对物体的万有引力合力为0。3）该题粒子的运动具有周期性，对应的轨迹具有对称性如图F所示，所以只要粒子能沿半径方向进入b狭缝，它就能回到S点。

上述三个例题，都渗透着运用对称的思想解题的方法。学生们通过对这三个问题的研究，加深了对用对称法解答物理题目的认识，并在认知中得到内化。

五、同一物理模型不同的解题方法的整合

从近几年的高考中我们可以发现，有很多的高考题目平常我们都似曾相识，但是这些题目都在我们原有的基础上加以改动或改进，比如改变某一个限制条件、物理情景、把原题目要求解的问题作为新题的条件、而原题已知的条件作为新题求解的内容等等。

例6：导体棒在匀强磁场中运动的物理模型的整合

导体棒在匀强磁场中运动不同条件下的运动问题，求导体棒上的安培力如何变化。

例7： 包含测量电阻的多种不同方法物理模型的整合

每一种解题方法都有一定的适用范围，通过对解答某一类问题，不同解题方法的整合，揭示不同方法间的联系和区别，引导学生系统地掌握解答某类问题的思路方法。教师要根据实际课时的内容安排，及时向学生强调基本物理模型建立的过程和条件，要求学生牢固把握住这些基本的物理模型。模型是从物理现象通向解决问题的桥梁，通过不断概括、应用物理模型，提高了学生解决问题的能力，培养了创新能力。

总之，我们在教学中不但要重视学生物理建模能力的培养，还要注意物理模型的整合。只有对物理模型有本质的认识，才能提高建模能力和解题的迁移能力，优化学生认知结构，促进高中物理的有效复习。

参考文献：

[1]郑青岳.物理解题思维研究[M].郑州：大象出版社，2005.

[2]沈亚华.透视2012年江苏高考物理试题反思高中物理教学[J].

物理教师，2012（10）.

（浙江省温岭市技工学校）