树立模型意识，活化应变能力，本文主要内容关键词为：应变论文,模型论文,意识论文,能力论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我们知道，为了研究物理问题的方便，往往通过抽象思维或形象思维，运用理想化、简化和类比等方法，建立起描述某一物理问题的模型，物理习题就是依据一定的物理模型进行构思、设计而成的。
我们也知道，联想是运用已有的知识和经验从一事物想到另一事物、从一现象想到另一现象、从一模型想到另一模型、从一概念想到另一概念、从一规律想到另一规律、从一方法想到另一方法的心理活动。通过联想，容易找到事物间的联系，迅速找到解决问题的途径。所谓的“物理模型联想法”就是以一些已知的基本物理模型为思维元素，并借助它们进行思维，从而迅速把握物理问题处理方向的思维方法。哪么，具体地说，“物理模型联想法”在物理解题中应怎样实施，具有哪些作用？又应怎样培养学生这种解题能力呢？
一、“物理模型联想法”在解题中的作用
1、抓住模型的结构特点，合理联想，活跃解题思路
对一个物理问题，通过多方位的联想，可以丰富知识背景，使我们在抓住其主要特征与已有信息进行快速的搜索比较中，揭露知识间的内在联系，明确模型的结构特点，迅速把握解题的方向。
例1、在离坡底15m的山坡上竖直地固定一长15m的直杆AO，A端与坡底B间的连有一钢绳，一穿心于钢绳上的小球从A点由静止开始沿钢绳无摩擦地滑下，如图1（a）示，求其在钢绳上滑行的时间t。
本题，运用常规的动力学思路时不易求解，我们可以从问题情境中的两个“15m”出发，把AO延长至C，并使OC＝OA＝15m，则A、B、C三点均在以O为圆心、以OA为半径的圆周上，如图1（b）示， 从而使我们联想到圆的有关性质，同时也容易联想起“在竖直圆的顶点沿任何弦由静止开始无摩擦下滑的物体所用的时间相等”的已知模型，从而迅速得到答案：t＝t[,Ac]＝（2AC/g）[1/2]＝2.45s。
2、把握模型的运动特征，巧用类比联想，提高解题速度
类比在处理与已有的物理模型有相近的运动状态或性质的物理问题时是极其有效的。我们可以用已熟悉的事实、经验，寻找彼此间的相互联系，把解决问题的思想方法纳入到已有的解题模式中去，从而把新的、甚至不易建立的物理模型变换成已知的物理模型，缩短推理的路径。
例2、如图2所示，把一个真空罐放于光滑水平桌面上，当刺破一个小孔时，罐子将作什么运动？
若直接抓住题中“罐子将作什么运动？”而按先选对象，再进行受力分析，然后用动力学思路分析就很容易得出罐子先向右作变加速运动，最后向右作匀速直线运动的错误结论。事实上，刺破一小孔的罐子向右运动过程中其受力情况是比较复杂的，运用动力学的方法很难判定其运动情况。但若我们头脑中储有类比的思维策略时，则在运用动力学思路分析受挫后就很容易联想到本题与“两球的碰撞问题”在本质上是相同的，把罐子和最终进入罐子的那部分气体视作系统，则系统所受的合外力为零，由动量守恒定律可以很快得到结果。
3、从物理本质入手，抓住关键，活化知识结构
事物之间是既有联系又有区别的，有些物理题，看似不同，实则相似；而有些物理题，看似相似，实则不同。因此，在解物理题时，要养成先抓住题目的本质特征（物理性质和物理过程），然后再考虑运用相应的物理规律确定解题思路的习惯。这样，才能使题目的本质特征外倾化，有利于我们透过现象抓住事物的本质。
例3、边长为L的正方形导线框水平放置在空间均匀分布的、方向竖直、磁感应强度的大小按B＝B[,0]sinωt规律变化的磁场中，如图3示，问线框中产生的感应电动势的最大值是多少？
若直接用法拉第电磁感应定律求解，则在高中阶段由于受数学知识的限制将陷入“山穷水尽”的困境。但若抓住“磁通量的变化是产生感应电动势的根本原因”这一本质，就很容易使我们联想到这样的情景：如图4示，边长为L的正方形线框在磁感应强度为B[,0] 的匀强磁场中绕轴OO′由图中位置开始以ω的角速度匀速转动时，线框中产生的感应电动势是多少？
显然，这两种情况中通过线框的磁通量都按ψ＝B[,0]L[2]sin ωt的规律变化，由法拉第电磁感应定律，线框中产生的感应电动势也相同，即：ε＝B[,0]L[2]ωcosωt，故ε[,m]＝B[,0]L[2]ω。
4、合理取舍，揭露背景模型
唯物辩证法要求我们要善于从复杂的矛盾运动中抓住主要矛盾和集中力量解决主要矛盾。有些物理题，看起来复杂、隐晦，往往给人一种模糊不定、无所适从的感觉。这就要求我们对题中的物理关系有深刻的洞察力，善于把题中描述的物理情景转化成我们熟悉的物理模型。因此，我们要认真、仔细地审题，针对题目所展示的“全景式”的物理情景，切实使题中的有关信息与自己头脑中已有的知识信息发生相互作用，从而抓住主要矛盾，引出合理的输出信息，顺利完成解题的导向过程。
例4、真空中，速度v＝6.4×10[7]m/s的电子束水平地射入两平行金属板间，如图5示，极板长度L＝8.0×10[－2]m，间距d＝5.0×10[－3]m，极板不带电时，电子束将沿两极板的中线通过， 若在两极板间加50Hz的交流电压u＝Usinωt，当所加电压的最大值U超过某一值U[,0]时，将开始出现以下现象：电子束有时通过极板，有时间断（不能通过），求U[,0]的大小。
该题，许多同学都感到茫然。究其原因，在于未能通过合理的取舍，抓住主要矛盾，因而也就无法把握题设的物理模型了。而事实上，电子所受的重力及电子间的作用力都可以忽略，更为重要的是：电子通过两极板的时间t＝L/v≈10[－9]s，而电压的变化周期T＝10[－2]s，显然t＜＜T，这表明在电子通过两极板的时间内电场的变化微乎其微，完全可以忽略，因而，可以使我们联想到拟题者展示给我们的情景是：在电子通过极板的时间内电子的运动可看成平抛运动。可见，如果我们的头脑中一旦拥有“匀强电场”、“类平抛运动”这两个理想化模型，才会去分析题中的数据，抓住主要因素进行思考，解题思路也就极其明显了。
二、运用“物理模型联想法”解题的基本思路
唯物辩证法告诉我们：任何事物都不是孤立的、静止的和一成不变的，不同事物间存在着相互沟通、相互依存的关系，并会在一定的条件下发生相互转化，从而推动着事物的发展。美国科学家G ·波利来也曾经说过：从某种观点看来，解题中的进展被看作是对于先获得的知识进行动员和组织的结果，我们必须从记忆中汲取某些元素，并把它放于当前的问题中，变化当前的问题，使之有利于我们去汲取这样的元素。可见，运用“物理模型联想法”解题的基本程序为：（1 ）明确题目所描述的物理情景、运动形式的变化的过程；（2 ）弄清楚题给的诸因素中什么是起主要作用的因素；（3）在寻找与已有信息（某个知识、 方法和处理过程）的相似、相近或联系，并进行有选择、有针对性的联想、类比中把握解题的关键，确认题目所描述的物理模型；（4 ）用恰当的描述物理概念或规律的物理、数学模型进行解答。因此，从某种角度来说，解题的过程实质上就是分析还原物理模型的过程。运用“物理模型联想法”解题时，通过所给模型与已有模型间快速的对比、校正，在近乎跳跃性的思维活动中，缩短了思维的途径，迅速将那些物理过程复杂、已知条件隐晦的物理模型变换成与之等效的简单、明了的另一种物理模型或分解成一些基本物理模型的组合，从而别开生面、独辟蹊径、化繁为简、化难为易，收到事半功倍的效果。
三、“物理模型联想法”的培养策略
唯物辩证法告诉我们：事物之间的联系是普遍的前苏联心理学家哥洛万和斯塔林茨的研究表明，任何两个概念经过四、五个中间环节后就可以建立起联想链。可见，要使“物理模型联想法”在物理解题中发挥积极的作用，首先应该具备足够的引起联想的素材和发生联想的能力或技巧，而这两方面的内容我们都可以有意识地在概念学习和解题中逐渐积累起来。具体地说，我们可用以下策略培养自己的模型联想能力。
1、注重培养运用基本知识和基本技能处理问题的定势
我们知道，智力很高的人，善于从普通人认为不相关的知识间发现联系，从而产生联想，爆发出思想的火花。要达到这种境界，首先，要靠对知识深入、透彻地理解；其次，要靠驾驶知识的能力。有这方面能力的人，才具有从多角度发现知识与知识间相互联系、相互配合的可能性，使得常人难以协调的知识与知识间的关系突然协调起来，从而产生大于知识数量简单相加的奇特效应。因此，我们要加强基础知识和基本技能的训练与培养。学习物理概念和物理规律时，应从已掌握的知识经验入手，紧紧抓住知识间的内在联系和系统性，把头脑中具体的“已知”纳入教材中“未知”的体系中去，使“已知”与“未知”有机地联系起来，形成“已知——未知——已知”的认知结构，从而提高应用知识、组合知识的能力，强化知识结构整体的相关性。在储存知识信息时，我们也应该把知识与应用该知识的“触发条件”紧密的结合起来，形成条件化了的知识，从而在大脑中储存起大量的“如果……那么……”的“产生式”，使人们在再次面临这些条件时，能有效地提取这些知识，从而拓宽解题范围，提高解题的效率。
2、重视基本解题模式的建构和思维策略的培养
我们知道，所谓的创造性思维实际上就是常规思维过程的合理跳跃或思维过程的优化组合，常规思维是创造性思维的基础，而创造性思维则是常规思维的发展。可见，“物理模型联想法”属于创造性思维的范畴。
物理学中，对一类物理问题，往往有解决它的一套方法，如果我们通过分析知道这个问题属于什么模型，就可以运用已有的知识、经验去解决。因此，我们在头脑中要逐渐建立起足够的物理模型，并通过一些典型例题的分析、处理，总结、归纳，理清相关物理量间的关系，为运用模型联想法解题打下坚实的基础。事实上，人脑中已有的“模型知识块”是解决问题的基础。所以说，从物理模型的角度来看，所谓的创造性思维就是这些“模型知识块”的巧妙沟通，只有头脑中储存有丰富的“模型知识块”时，创造性思维的启迪才有可能。同时，也要重视思维策略的培养，逐渐积累起一些处理问题的思维策略和技巧，有意识地使一些简单化、熟悉化、特殊化和一般化的思维策略，局部和整体的思维策略，逆向性思维、等效性思维、迁移性思维、发散性思维和推理性思维及分合型思维等思维策略成为我们解决问题的基本方法。只有这样，在遇到新问题时，我们才能迅速发挥联想、启发想象、启迪创造性思维。
3、注重培养思维的批判能力
我们要重视培养自己积极探索、刻苦钻研的精神和于细微平常中发现问题的洞察力，在分析物理问题时，要重视问题情景的挖掘和再现，除了正向分析、突破外，还要在不断地与一些我们已知的过程相近、图形相似但本质不同的问题进行比较、辩析和归类中，在经验与教训的不断“碰撞”中提高思维的水平，逐渐形成“不同的事物要重在比同，而对相似的事物则应重在比异”的思维定势，从而提高运用物理模型联想法解题的速度与准确度。
4、提高思维活动的密度
我们在做物理习题时，切忌就事论事、就题论题，而应多与同类习题比较，通过“一题多解”、“一题多变”的形式激发联想，将相关的知识、方法、经验和教训联系起来，在高密度的思维活动中提高自己的注意力、联想力和记忆力，在头脑中真正形成一个便于存储、利于提取的灵活的知识系统。