失落的物理(二十四):高中物理思维的构建与实操训练(3)

续上一篇：失落的物理（二十三）：高中物理思维的构建与实操训练（2）

三、物理概念的认知：三位一体立结构

静下心来，想一想当我们说自己熟悉某位老朋友的时候，我们有什么样的认知结构？

我们会想到这位朋友的名字、音容笑貌、性格、喜爱的食物饮料、爱听的歌曲、喜欢的明星等等。我们对这位朋友的认知结构是多元的，立体的，复杂的。总体上这个认知是形象与抽象的综合，而且深刻认知的朋友的形象往往是动态的——从小到大、嬉笑怒骂、呲牙咧嘴...

物理世界比人类社会简单得多，但是我们认知一个物理概念或过程的时候，显然也必须是多元的、立体的、综合的，这样才是专业的。

纵观整个高中物理体系，所有知识点，至少包括几个维度的内容：物理情景、物理图像、物理公式、物理结论等。它们之间的关系三位一体密不可分，描述的是同一个物理问题，只是表达方式不同侧重点不同，彼此必须能够互相转化、互相验证。这种三位一体的认知结构的建立正是破解物理学习难点的底层逻辑。学习者必须达到这个阶段才算比较完整地认知这个物理概念。所谓的某节课我学会了，但就是不知道怎么做题的说法基本上都是认知有缺陷的借口。教师在教学中也应该有意识地全方位引导学生认识概念的多面性，下面试举例子：

案例一：匀变速直线运动（基础核心模型）

物理情景：小车拖动纸带做匀加速直线运动，速度均匀增大，纸带点迹由密变疏，间距均匀增大，增大的间距与加速度成正比...

物理图像：v-t图像呈现倾斜直线形态，直线斜率代表加速度大小，图像与时间轴围成的面积对应运动位移，每一条小面积都比前一个增大一个相同的小矩形...

物理方程：，用数学语言定量描述运动规律.

由此可见，匀变速直线运动概念的真正形成，不只是记公式，还要看到纸带特征，且能画出图像；看到图像能还原场景、看到公式能读懂过程。同一运动的三种表达，必须能实现三者的无缝转化。

这样的认知结构是形象与抽象的有机结合，为形象思维和抽象思维的综合运用打下基础。

案例二：天体卫星运动（高一重难点模型）

物理情景：卫星围绕地球做匀速圆周运动，全程仅受万有引力作用，万有引力完全提供圆周运动的向心力,高轨道卫星线速度小周期大,万有引力小向心加速度小...同步卫星必须在赤道面上与地球同步自转,周期是24h,在地面上看到的位置一直不变...

物理图像：简洁的圆形轨道示意图，清晰标注地心位置、轨道半径、卫星线速度方向、万有引力受力方向，直观呈现天体运动的空间格局。

物理方程：整合万有引力公式、向心力推导式、圆周运动公式，通过数学推导得出卫星速度、周期、轨道半径的变化规律。

物理结论：环绕速度、逃逸速度、第一宇宙速度、圆轨道与椭圆轨道...

很多“考试宝典”不强调卫星问题中方程思维的培养，让学生死记“黄金变换”等结论，造成思维僵化，面向生题难度更大。个人认为学生掌握三位一体思维模型，就能从情景出发，通过公式自主推导规律，真正做到举一反三、以不变应万变。下面再举一例：

案例三：体现方程组思想的解题训练

本题在测试中往往两极分化，会的同学觉得特别简单，不会的同学觉得思路混乱，显然这种差距是思维差异引起的。

教辅资料上给出的参考解答也思路不清，总有一种侥幸求出的感觉，见下图：

本题是培养方程组思维的好材料，阅读题目，抽取有用信息，列方程求解如下：（答案略）

可见，整个解题过程逻辑清晰、干净明快，显然，这才是命题人的初心所在。

非常奇怪的是，新生代同学的方程组思维大多缺失且逆反。我猜可能与小学数学的过度训练有关，特别是小学奥数的解题思路在学生大脑中刻下了过深的演绎思维的印痕，在高中阶段，有些同学的方程组思维的建立非常地费力。我不懂的是，有更好的思维工具为啥不学不用，却在原始思维上花那么多功夫，就像有车不用，天天走路学吃苦。

（待续）