浅析高中物理模型变式教学的意义

刘立国

【摘要】高中物理课程标准中对物理学科核心素养提出了具体要求，要求学生在物理学科学习中对个人发展和社会需要具备必要品格和能力。并以此概括出物理核心素养。该素养围绕加强物理观念，开展科学探究，发展科学思维，培养科学态度和素质这四个方面展开。为切实落实物理核心素养，教师在日常教学中，不能墨守常规，要大胆创新。而进行变式教学具有实际意义。

【关键词】高中物理   模型变式教学   意义

变式教学是指在主干知识不变的情况下，改变实际物理情境，对知识的一个延伸应用。在教学中，教师课前准备好变式练习，避免重复练习，落实减轻学生的学业负担要求，提高学生对实际问题的解决能力，发展学生的综合素质有重要意义。

在物理教学中，建立基本模型，对解决一些物理问题有着重要帮助。高中物理学科研究对象是自然科学，主要研究内容是自然界的一些基本规律。对于一些复杂事物规律的研究，可以抓住其主要特征，形成基本模型，通过对基本模型的研究，掌握基本规律，就可以构建复杂的物理问题。

下面以两个的基本模型和变式案例，对模型变式教学进行研究。

物体A、B质量分别为M1和M2，B左侧连一轻弹簧，静止于光滑水平面上，A以速度V0冲向B.

在基本模型的教学中老师重点突出过程分析，并设计“证明整个过程中动量守恒”问题引导学生回顾动量守恒的理论推导过程。接着对弹簧模型中的速度特点进行分析以及对动量、能量及其转换进行分析，最后在提出物体A反向运动的条件的讨论，提升到高考难度。

变式1：  如图A，B两个木块，中间夹着一个被压缩的轻质弹簧，并用一根细线相连，在光滑水平地面上以速度v0向右匀速运动，后来细线突然断裂，质量为m的木块B离开弹簧时的速度变为2v0.求：

（1）质量为3m的物体最终的速度;

（2）弹簧的这个过程中做的总功。

本题改变了物理过程，是基本模型的一个逆向过程。

变式2：如图，两滑块A、B之间用橡皮筋连接，A的质量为m，初始时橡皮筋处于自然长度，并置于光滑水平桌面。B静止，A有向左的初速度v0，经过一段时间，B与A同向运动碰撞并粘在一起，此时二者速度是A的速度的两倍，也是碰撞前瞬间B的速度的一半。求：

改变了物理情境，弹簧替换为橡皮筋，从而扩展模型的应用范围。

变式3. 如图，光滑冰面上静止放置一物块C右端连一弹簧Q，物块A和B中间压缩一根弹簧P，A和B用细绳系住，开始时三个物块均静止。某时刻烧断A和B中间的细绳，A脱离弹簧P后以3 m/s的速度冲向C，压缩弹簧Q使其弹性势能最大为30J.已知A的质量为m1=10 kg，B的质量为m2=30 kg.取重力加速度的大小g=10 m/s2.

变式3通过改变研究对象，是基本模型的一个适当延伸。引导学生怎样由基本模型迁移。

如图1，物体P静止于固定的斜面上，P的上表面水平。現把物体Q轻轻地叠放在P上，则

A.P向下滑动

B.P静止不动

C.P所受的合外力增大

D.P与斜面间的静摩擦力增大

分析：该题在斜面模型的基础上，考察了受力分析、平衡条件常规考点。

变式1：如图1-1，如果把Q物体换成一个竖直向下的力，以上的问题又如何选择。

分析：把一个这样的力替换一个物体，其本质并没发生变化。

变式2：如图1-2，把这个力换成垂直于斜面的力，以上的问题怎么选择。

分析：此变式与原式的结果出现很大变化，但其考察的知识点并没有发生变化。

分析：变化了F的条件，其本质还是斜面上的三力平衡的延伸。

变式3、如图光滑斜面固定于水平地面，滑块A、B叠放后一起由静止开始下滑，在斜面上运动时，A的受力示意图为（     ）

分析：该变式在受力分析的基础上融入了整体隔离法和牛顿第二定律的内容，建立了知识间的联系。其本质反应了力与运动的关系。

通过上面两个案例在课堂的开展验证。建立基本模型，通过对基本模型变式，激发学生的学习主动性，对解决问题和培养学生的分析，比较以及借助基本模型思考的能力起到了积极作用。对学生的科学思维，科学探究等能力的培养有显著的提高作用。