高考试题中物理模型的抽象与还原办法的初探

◎ 杨国富

物理模型的应用不仅对学生学习各学科有很大的帮助，还能够实现学生对基础知识的自我检测，提高自身的逻辑思维能力。每一年的高考试题虽然常出现新的题型，但是其实质知识点都具有重复性，且试题中都包含物理模型。因此，学习、掌握、应用物理模型，促进学生思考、理解知识，对学生掌握物理学科知识起着至关重要的作用。

一、物理模型的分类

模型是知识与实物的有机组合，物理模型可以用实物、公式等形式来体现，主要目的是解释原型物质的变化规律。对于物理模型的分类，已经有了很多的讨论定义，本文针对高中物理模型分类：物质类、状态类和过程类。

物质模型包括实体和场物质，比如质点和弹性小球等是实体物质；密绕螺线管、平行板电容器等为场物质；理想气体和光学中的介质等都属于物质模型。

状态模型包括流体的稳恒流动状态、气体的平衡态、原子所处的基态等。

过程模型包括质点运动过程中的匀速运动、平抛运动等；气体状态中的等压、等温等；物理量均匀变化的过程以及非均匀变化的过程。

模型的建立都是基于一定的条件和使用范围的，学生在学习和应用物理模型时，首先要清楚物理模型的使用条件，再根据实际情况加以利用。近些年的高考物理命题多次出现实际问题抽象化，要求学生将抽象化模型还原为基础模型；还有一部分考题是由实际问题构建抽象化模型，反复检测学生对物理模型抽象、还原的思维能力。

二、物理模型命题思路以及解题思路

根据对近几年高考试题的分析，物理命题大量运用了模型与实际、基础知识与思维逻辑相结合的思路，在题型中多以实际材料为背景，学生大多只看到表面信息，没有具体分析，抓住重点。因此在面对常规问题，无法利用知识结构解决时，就可以利用建构模型思想，转换思维，寻找问题的规律，求出正确结果。

在对应的物理题中，都会对应物理模型，命题思路是把一个以上的物理模型运用在特定条件中形成问题，通常在高考命题中包含多个复杂条件，形成情景题，以此检测学生的审题能力、模型建立能力以及思维分析能力。

物理模型作为解题方法，是对命题思路的反推过程。首先，分析问题，建立模型，从题目中提炼模型信息；其次，分析题目条件，模型建立后，将其放在题目制定条件中，形成空间立体模型分析构架；最后，按照建造的模型找出规律，解决对应问题。由此可见，模型方法是一个由复杂到简单的解题过程。

根据对近几年高考物理试题的分析，总结其命题特点如下：首先，以基础知识为主，如质点的直线运动等；其次，题型创新性强，题目灵活多变，以实际情况为背景，结合概念与规律进行命题；再次，注重命题分析，着重强调模型使用，根据目前的物理命题形式，解题过程必须采取模型建立的模式反推或者直推，促使学生结合实际进行思考，多角度、多思维转换，进而解决问题。

例如：如图1，从离水平地面高为H的A点以速度v0斜向上抛出一个质量为m的石块，已知v0与水平方向的夹角为θ，不计空气阻力，求：

图1 机械能守恒定律示意图

(1)石块所能达到的最大高度。

(2)石块落地时的速度。

模型解析：本题研究抛体运动中的机械能守恒定律。斜抛运动的水平分运动是匀速直线运动，因此石块在最高点的速度是抛出初速度的水平分量。石块只受重力的作用，机械能守恒。

答案解析：石块抛出后在空中运动过程中，只受重力作用，机械能守恒，作出石块的运动示意图。

(1)设石块在运动的最高点B处与抛出点A的竖直高度差为h，水平速度为vB，

则vB=vOx=v0cosθ

石块从A到B，根据机械能守恒定律ΔEk减=ΔEp增

(2)取地面为参考平面，对石块从抛出点A至落地点C的整个运动过程应用机械能守恒定律得

三、高中学生的模型认知

新课标中，物理模型已被列入课程大纲，但是在高中学生的实际应用过程中仍然存在一些问题，大多数学生都能够意识到模型的价值，但只是有模糊的定义，不清楚模型的实质。学习课程例题时，对物理建模很清晰，一旦遇到新的物理情景，就不会使用建模的思路，只能生搬硬套，无法实现真正意义上的运用。要么是学生的逻辑思维转换能力差，无法转换抽象事物，要么是教师对建模缺乏理解，没有做到专业化教学。大致原因如下：分析问题时只看表象不抓本质；基础物理知识掌握不牢；空间思维差，模型建造无法具象化；没有掌握模型分析的技巧，分析过程不完整。

四、物理模型在高中物理题中的应用

大多数学生清楚模型对物理学科的学习有益，但在实际应用中却无法顺利建构模型，建模过程模糊、套用固定模型的方式大有人在。想要解决这一问题，教师首先就要培养学生的建构模型意识，使其掌握建模的方法，实现模型的实际运用。从情景中还原物理模型，从抽象模型中找到正确的物理规律，两者相辅相成，互相转换，对学生的思维培养效果更佳。高中物理题按照模型方法区分有两大类。

(1)条件清楚，模型模糊。这类问题主要是进行文字分析，而非直接应用公式，理解条件定义，进行模型建构，具体分析问题的本质要求，抽象出模型，找到其物理规律，解决问题。

(2)模型清晰，条件模糊。这类问题属于复杂型难题，需要根据题目建立模型，然后找出动态物理情景，之后分析条件、情景、模型原理、物理规律以及问题要求，多方结合后，找到具体解决办法。另外，物理题型不仅根据课本教材进行命题，随着实用型命题在这几年高考中多次出现，对于这一类型题，学生要有针对性地学习和运用：首先要认真分析题意，提取有用的信息；其次要根据复杂条件进行本质简化，抽象建模，找到解题思路。这一实用型命题的应用对学生的知识迁移能力进行了考查，也增强了学生的抽象思维能力。

高考物理题中的最后大题历来是拉开学生高考分数差距的压轴题目，题目难度高，表面信息复杂且量大，涉及的知识与实际相结合。一般压轴题中的命题都会包含生活实践、物理实验、现代科学等背景，同时进行命题创新，使条件、过程都与问题背景相关联，学生需要进行大量的过程分析，不断地进行模型建构，否则无法发现隐藏在题目中的物理模型。因此，解决这类综合性压轴难题需要综合分析，建立合适的模型，找出物理现象、规律以及本质，才能找到压轴题的解决关键。

五、总结

综上所述，物理模型贯穿学生的整个高中物理学习过程。为了培养学生的逻辑思维能力，以及各学科之间的关联能力，在物理教学中，教师要加强对物理模型学习方法的研究，针对模型统计分析以及模型法解决问题等方面，加大课程渗透力度，使学生自觉思考，形成空间逻辑思维，提高利用物理模型分析问题的能力。