科学思维视域下高效习题课堂设计
摘要：基于模型建构，培养学生的逻辑思维能力，针对高三习题课“碰撞模型拓展”进行教学设计。针对“滑块-弹簧”模型，深化对弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种特殊情况的理解，并把此方法拓展到其他较复杂模型，使问题得到简化。面对大量不同模型，让学生建立起“模型归一”的思维，尝试在普通的物理课堂中通过课程设计有意识地培养学生的科学思维，从而提高物理课堂效率。
关键词：科学思维；弹性碰撞；完全非弹性碰撞；模型归一
中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148（2024）7-0038-4
科学思维是物理核心素养的重要方面，是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式［1］。在高中物理教学中，训练学生思维，让学生能够用物理的思维方式去认识世界、分析问题是我们教学的重要任务。科学思维包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素［2］，在物理学中主要体现为求证思维、逻辑思维和证伪思维。其中，求证思维需要发现问题、进行猜想，并论证猜想的正确性；逻辑思维是通过事物的运动规律和发展方式来分析事物间、现象间的本质关系；证伪思维不但要证实物理知识的正确性，还要有质疑其正确性的思想。
逻辑思维对学生学习效率有很大影响，高中物理知识点庞杂，有些问题思维难度较大，如果学生能够建立起科学的逻辑思维，理解知识与知识间、模型与模型间的内在思维联系，建构起完整的知识体系，将会很大程度上提高他们的学习效率。这就需要教师在教学过程中有意识地根据科学思维的要素设计课堂［3］，在平时的教学中对学生进行科学思维方法的渗透。本文以高三一轮复习课堂中习题课“碰撞模型拓展”为例，通过分析不同模型，发现本质联系，让学生建立起“模型归一”的逻辑思维，从而探寻如何帮助学生发展科学思维来设计教学，提高高三习题课堂的复习效率。
1设计思路
在学生学会分析碰撞基本问题的基础上，对弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种特殊情况的结论进行深化，应用模型建构的科学思维将一些较复杂的问题转化为学生所熟悉的上述两种特殊情况，使学生能快速解决一些较难问题。
2教学过程
2.1知识回顾
回顾两种特殊的碰撞模型——弹性碰撞（动碰静）（图1）和完全非弹性碰撞（图2），学生上黑板展示方程和结论。
（1）弹性碰撞（动碰静）
由（1）（2）式可得
学生回顾不同质量关系碰撞结论：大碰小一起走，小碰大要反向。
（2）完全非弹性碰撞
m1v0=（m1+m2）v
学生回顾特点：碰后共速，能量损失最大。
2.2模型分析
通过例题向学生提出问题，分析“滑块-弹簧”模型。
例1如图3所示，一个轻弹簧的两端与质量分别为m1和m2的两物体甲、乙连接，静止在光滑的水平面上。现在使甲瞬间获得水平向右的TQSEDJT0wN5iOlT7AZV0cLi8AtqK3iNHZ4aQ069BGLk=速度v0=4m/s，当甲物体的速度减小到1m/s时，弹簧最短。下列说法中正确的是（）
A.此时乙物体的速度大小为1m/s
B.紧接着甲物体将开始做加速运动
C.甲、乙两物体的质量之比m1∶m2=1∶4
D.当弹簧恢复原长时，乙物体的速度大小为4m/s
学生阅读题干，小组讨论“滑块-弹簧”模型运动过程（图4）。
根据图4，学生分组讨论，完成表格内容（表1），并派出代表汇报结论。（假设图4中第3个过程左侧物体速度未减为0）
结论：具有初速度的物体与静止物体通过弹簧相互作用，弹簧最短或最长时可类比完全非弹性碰撞模型进行分析，弹簧恢复原长时可类比非弹性碰撞（动碰静）模型进行分析。
学生再思考，根据上面分析的“滑块-弹簧”模型能不能定性画出两物块的v-t图像呢？学生分组讨论画v-t图像，并找小组展示成果。
2.3变型分析
通过上面的分析，我们加深了对“滑块-弹簧”模型的理解，对于一些特殊位置可以应用弹性碰撞（动碰静）和完全非弹性碰撞的结论分析，那么还有没有其他情况也可以用同样的方法进行分析呢？下面我们再来分析几种变型。
（1）变型一
例2如图5所示，A、B、C三个半径相等的刚性小球穿在两根平行且光滑的足够长的杆上，三个球的质量分别为mA=2kg、mB=3kg、mC=2kg，初状态三个小球均静止，B、C两球之间连着一根轻质弹簧，弹簧处于原长状态。现给A球一个向左的初速度v0=10m/s，A、B两球碰后A球的速度变为方向向右、大小为2m/s。下列说法不正确的是（）
A.球A和球B间的碰撞是弹性碰撞
B.球A和球B碰后，弹簧恢复到原长时球C的速度大小为9.6m/s
C.球A和球B碰后，球B的最小速度为1.6m/s
D.球A和球B碰后，弹簧的最大弹性势能可以达到96J
带领学生分析：A、B之间碰撞应用动量守恒很容易求出B球速度为8m/s，通过能量关系可知为弹性碰撞