高中物理“模型”教學(xué)法實(shí)踐研究

摘要：人們研究復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過(guò)程時(shí)往往抽象成一定的“模型”進(jìn)行處理。物理“模型”教學(xué)有助于學(xué)生更清楚地理解現(xiàn)象和過(guò)程的本質(zhì)，有助于物理知識(shí)的遷移，本文對(duì)物理“模型”教學(xué)的模式及實(shí)踐做了一定的研究，希望能對(duì)物理教學(xué)研究有所幫助。

關(guān)鍵詞：物理“模型”；實(shí)施策略

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)4(S)-0036-3

1 高中物理“模型”教學(xué)法的提出

1.1 “研究性學(xué)習(xí)”的呼喚

“研究性學(xué)習(xí)”目前在全國(guó)已經(jīng)深入開(kāi)展?！白灾鲗W(xué)習(xí)、自主發(fā)展”是研究性學(xué)習(xí)的要旨，其核心是培養(yǎng)學(xué)生的自主意識(shí)，發(fā)揮學(xué)生的自我教育潛能，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。物理“模型”教學(xué)法，以其主體性、民主性、參與性、探索性、實(shí)踐性等諸多的優(yōu)點(diǎn)，完全滿(mǎn)足“研究性學(xué)習(xí)”需要，是一種充分體現(xiàn)現(xiàn)代教育理念，操作性非常強(qiáng)的教學(xué)方法。

1.2 中學(xué)物理教學(xué)改革的需要

物理學(xué)以其與社會(huì)生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代技術(shù)的廣泛聯(lián)系；以其在自然科學(xué)的基礎(chǔ)地位及在研究方法上的先導(dǎo)作用；以其知識(shí)內(nèi)容的強(qiáng)發(fā)散性等優(yōu)勢(shì)在自然科學(xué)學(xué)習(xí)研究中占有重要地位。高中物理“模型”教學(xué)法，適應(yīng)了物理學(xué)這種聯(lián)系的廣泛性，研究方法的先導(dǎo)性，知識(shí)延展的強(qiáng)發(fā)散性，順應(yīng)了中學(xué)物理教學(xué)改革的要求。

2 高中物理“模型”教學(xué)法的界定

“模型”是用來(lái)描述大自然特征的，不同的“模型”可以從不同的角度來(lái)描述大自然的特征，它為我們研究大自然提供了方便。自然界的物質(zhì)種類(lèi)繁多，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，相互作用各具特色，為了充分了解研究對(duì)象的本質(zhì)，必須在觀察的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)事實(shí)和材料的分析、綜合、比較、分類(lèi)等思維過(guò)程，根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)，對(duì)研究對(duì)象做一定簡(jiǎn)化和模擬，這種簡(jiǎn)化和模擬就模型。

在物理教科書(shū)中，無(wú)論哪一部分內(nèi)容都有物理模型，如力學(xué)中有質(zhì)點(diǎn)模型、單擺模型、勻速直線運(yùn)動(dòng)模型、自由落體運(yùn)動(dòng)模型；光學(xué)中有點(diǎn)光源模型，波粒二象性模型等。

物理“模型”教學(xué)是指對(duì)物理內(nèi)容建立模型及應(yīng)用模型，簡(jiǎn)稱(chēng)為模型教學(xué)。對(duì)象模型、過(guò)程模型和條件模型是模型教學(xué)的主要方法。

3 中學(xué)物理中常見(jiàn)的三種物理模型

3.1 對(duì)象模型

對(duì)象模型是根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)，舍棄次要的、非本質(zhì)的因素，抓住主要的、本質(zhì)的因素，從而建立一個(gè)易于研究的，能反映研究對(duì)象主要特征的模型。如質(zhì)點(diǎn)、彈簧振子、單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、理想變壓器、點(diǎn)光源、電場(chǎng)線、磁感線等。

3.2 過(guò)程模型

過(guò)程模型是指在包含多種復(fù)雜因素的物理過(guò)程中，根據(jù)研究問(wèn)題的性質(zhì)和需要，找出主要因素，略去次要因素，建立能夠揭示事物本質(zhì)的理想過(guò)程，如自由落體運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、完全彈性碰撞、絕熱變化等。物理過(guò)程模型就是將實(shí)際過(guò)程進(jìn)行近似處理，以便歸納出物理過(guò)程的本質(zhì)規(guī)律。

3.3 條件模型：把研究對(duì)象所處的外部條件理想化而建立的模型，如光滑斜面、均勻介質(zhì)等。

4 高中物理“模型”教學(xué)法的目的、核心、結(jié)構(gòu)及實(shí)質(zhì)

4.1 “模型”教學(xué)法的目的

讓學(xué)生提出問(wèn)題，帶著疑問(wèn)進(jìn)入教學(xué)情景；讓學(xué)生從觀察中獲得感性認(rèn)識(shí)；學(xué)生通過(guò)思考、研究、探索，得出正確的結(jié)論；再將概念規(guī)律外延，使獲得的知識(shí)進(jìn)一步深化、活化。

4.2 “模型”教學(xué)法的核心 

堅(jiān)持啟發(fā)式，反對(duì)注入式；堅(jiān)持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)；堅(jiān)持直觀教學(xué)為基礎(chǔ)，模型教學(xué)為紅線，堅(jiān)持培養(yǎng)學(xué)生能力為根本。

4.3 物理“模型”教學(xué)法結(jié)構(gòu)如下圖所示：



創(chuàng)設(shè)情境：通過(guò)營(yíng)造具有設(shè)疑激趣特征的問(wèn)題情境，使學(xué)生在認(rèn)知結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生矛盾，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

建模準(zhǔn)備：學(xué)生通過(guò)對(duì)所收集的材料進(jìn)行整理與分析，了解實(shí)際問(wèn)題的背景，準(zhǔn)備解決問(wèn)題的方法。

建立模型：針對(duì)已經(jīng)初步獲得的對(duì)所研究對(duì)象的認(rèn)識(shí)，再通過(guò)歸納、演繹、比較、抽象等思維方式，簡(jiǎn)化或理想化研究對(duì)象。

應(yīng)用模型：利用模型形成概念和規(guī)律，并通過(guò)物理模型解決問(wèn)題。在新課學(xué)習(xí)中通過(guò)建立的物理模型，加深對(duì)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的理解，進(jìn)而形成概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而解決問(wèn)題。

反饋評(píng)價(jià)：實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，反饋評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)始終貫穿于教學(xué)過(guò)程中，以便學(xué)生及時(shí)調(diào)整的認(rèn)知策略。

4.4 “模型”教學(xué)法的實(shí)質(zhì)

“模型”教學(xué)法是讓學(xué)生在特定的時(shí)空、特定的情景中，從生動(dòng)具體的問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)直觀的模型，獲得感性認(rèn)識(shí)，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)而達(dá)到建立模型的能力，通過(guò)模型教學(xué)可使學(xué)生形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知策略。

5 高中物理“模型”教學(xué)法實(shí)施策略

“模型”法的課堂教學(xué)模式：

創(chuàng)設(shè)情境：充分利用各種手段（如物理學(xué)家、物理學(xué)史、生活現(xiàn)象、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、師生游戲等）和各種表現(xiàn)手法（模擬法、比較法、平衡法、放大法、轉(zhuǎn)換法、圖像法、極限法、理想方法等）向?qū)W生展示生活問(wèn)題情境，豐富學(xué)生的感性知識(shí)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣。這一環(huán)節(jié)教學(xué)要求是：所創(chuàng)設(shè)的生活問(wèn)題情境既符合認(rèn)識(shí)客體所具有的主要特征，同時(shí)也符合學(xué)生的認(rèn)知水平。要能使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲。

建模準(zhǔn)備：通過(guò)選用“教師指導(dǎo)、小組討論、班級(jí)交流”等方式建立假設(shè)，整理初步的思路。這一環(huán)節(jié)的教學(xué)要求是：教師提供的材料能在實(shí)際教學(xué)中激發(fā)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思維。應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)以學(xué)生為本的現(xiàn)代教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和初步建立模型的科學(xué)方法。

建立模型：依據(jù)研究客體所具有的主要特征，綜合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平，將微觀過(guò)程宏觀化、宏觀場(chǎng)景微縮化、變化場(chǎng)景過(guò)程化等處理，加深學(xué)生對(duì)物理對(duì)象、物理變化過(guò)程的感性認(rèn)識(shí)。這一環(huán)節(jié)的教學(xué)要求是：對(duì)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的展現(xiàn)應(yīng)當(dāng)具有變抽象為具體、變動(dòng)態(tài)為靜態(tài)，化枯燥為生動(dòng)的特點(diǎn)。要強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與模型的建立過(guò)程。

應(yīng)用模型：創(chuàng)造性地運(yùn)用各種教學(xué)方法，創(chuàng)設(shè)新的學(xué)習(xí)情境（布置多途徑作業(yè)，指導(dǎo)多方案例，引導(dǎo)多角度解讀，嘗試多方位變換），加強(qiáng)對(duì)模型的應(yīng)用，從而促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這一環(huán)節(jié)的教學(xué)要求是：教師創(chuàng)設(shè)的新問(wèn)題情境能否使學(xué)生運(yùn)用所建立起來(lái)的物理模型，能否通過(guò)模型的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和創(chuàng)新。

反饋評(píng)價(jià)：加強(qiáng)學(xué)生檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪芰?，幫助學(xué)生利用模型解決新類(lèi)型的問(wèn)題。這一環(huán)節(jié)的教學(xué)要求是：教學(xué)中所創(chuàng)設(shè)的導(dǎo)向性、檢驗(yàn)性問(wèn)題應(yīng)有利于學(xué)生通過(guò)自主選擇來(lái)及時(shí)調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方向、學(xué)習(xí)策略，進(jìn)而能從整體上把握知識(shí)的結(jié)構(gòu)，并將它納入到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，形成新的認(rèn)知。

6 “模型”教學(xué)的相關(guān)問(wèn)題討論

開(kāi)展模型教學(xué)主要是對(duì)下面幾個(gè)與模型相關(guān)問(wèn)題的教學(xué)。

6.1 在物理教學(xué)中為什么要建立這個(gè)物理模型？

研究任何物理現(xiàn)象，都應(yīng)分清主要因素和次要因素。例如電學(xué)中研究帶電體之間的相互作用時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明兩個(gè)靜止的帶電體間的靜電力除與帶電體的電量及相對(duì)位置有關(guān)外，還與帶電體的大小、形狀及電荷的分布情況有關(guān)，要直接確立所有這些因素對(duì)靜電力的影響是很困難的。若不分輕重地考慮各種因素，非但不能得出精確結(jié)果，反之還會(huì)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)象感到束手無(wú)策。這時(shí)我們可以構(gòu)建合理的理想模型，就能有效地解決問(wèn)題了。我們忽略帶電體的大小、形狀及電荷分布等次要因素，抽出帶電體的電量及它們之間的距離這些主要因素，將帶電體視為點(diǎn)電荷，這樣計(jì)算則大大簡(jiǎn)便。

6.2 物理模型在物理教學(xué)中的地位和作用如何？

正確鮮明的物理模型本身就是重要的物理內(nèi)容之一，它與相應(yīng)的物理概念、現(xiàn)象、規(guī)律相依托。所有的物理現(xiàn)象、過(guò)程、規(guī)律都與相應(yīng)的物理模型關(guān)聯(lián)著，而一定的物理模型又最生動(dòng)最集中的反映著物理概念、現(xiàn)象、過(guò)程和規(guī)律，二者密不可分。物理模型是物理思維的產(chǎn)物，是一種理想化的形態(tài)，是對(duì)研究對(duì)象作了極度的簡(jiǎn)化，從而使得我們可以通過(guò)研究模型來(lái)認(rèn)識(shí)原型的各種本質(zhì)特征及其必然聯(lián)系，從而建立物理概念，得出物理規(guī)律，形成物理理論?？梢哉f(shuō)，物理模型是物理規(guī)律和物理理論賴(lài)以建立的基礎(chǔ)。

6.3 這個(gè)模型與其他模型是否有相似之處？

當(dāng)一個(gè)建立模型后，可以考慮這個(gè)模型與其它模型是否有相似之處，這樣可以加深對(duì)理想化方法的理解，比如點(diǎn)電荷模型和質(zhì)點(diǎn)模型就有相似之處。它們的建立過(guò)程都用了理想化方法，而且都有一定的適用條件，質(zhì)點(diǎn)模型是在牛頓定律的基礎(chǔ)建立，而點(diǎn)電荷模型在庫(kù)侖定律基礎(chǔ)上建立的。研究質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用時(shí)，我們用到了萬(wàn)有引力定律，而研究點(diǎn)電荷的相互作用時(shí)，我們用了庫(kù)侖定律，這兩個(gè)定律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式相似。

6.4 認(rèn)識(shí)和理解模型過(guò)程遇到了的困難及其解決辦法有哪些？

在物理教學(xué)中涉及許多物理模型，學(xué)生在認(rèn)識(shí)和理解有的模型時(shí)會(huì)感到比較困難，如波、靜電場(chǎng)、電磁波等。把這類(lèi)困難問(wèn)題的解決過(guò)程加以分析，有助于學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，為同類(lèi)模型的認(rèn)識(shí)和理解過(guò)程排除障礙。例如，學(xué)生在初次接觸點(diǎn)電荷模型時(shí)，可能有些陌生，一旦排除障礙建立起模型后，就可以比較直觀地幫助學(xué)生理解檢驗(yàn)電荷的含義和作用了。

（欄目編輯羅琬華）