探析在高中物理中如何展開模型教學(xué)

摘 要：本文根據(jù)物理學(xué)科的特點，分析了物理模型在物理教學(xué)中的重要作用，重點對在高中物理中如何展開模型教學(xué)做了相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：模型教學(xué) 高中物理 策略

高中物理教材中很多內(nèi)容都是以物理模型為基礎(chǔ)向?qū)W生傳授物理知識的。每個物理概念、物理規(guī)律和物理思想都無不滲透著物理模型的探索，它們都隨著物理模型的發(fā)展而不斷趨于完善。物理模型不僅是中學(xué)物理知識的重要載體，通過對其進行分析與講解，使學(xué)生獲得物理知識更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的重要途徑。正因如此，在高中物理教學(xué)實踐中開展物理模型教學(xué)十分必要，如何在高中物理課堂開展模型教學(xué)?筆者在日常的教學(xué)過程中積極開展了教學(xué)實踐，也有了一定的思考和研究，現(xiàn)撰寫本文與同行們交流。

一、在教學(xué)中強化滲透模型意識。使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣

滲透模型及建模方法的教學(xué)，主要弄清楚模型的內(nèi)涵。接觸一個模型首先要弄明白它是針對什么現(xiàn)象提出來的?研究的是什么問題?突出了哪些主要因素，又忽略了哪些次要因素，力求把握模型的隱含條件。其次，要明確模型是相對的。模型突出了物體某一方面的主要特征，是否是主要因素只能通過比較才能認(rèn)定。情況不同，主次因素可能換位，模型就要相應(yīng)變換，不同條件，認(rèn)定一個模型處理問題，常常會導(dǎo)致錯誤。同時，一個物體可以有多種模型。每個物體有許多特性，如形狀、大小、質(zhì)量、溫度、導(dǎo)電性能等。從不同角度看，起主要作用的因素會不一樣，同一物體當(dāng)然就被抽象成不同模型。譬如地球，當(dāng)研究它的軌道運動時可以視為質(zhì)點。研究靜電問題時，地球常被當(dāng)作一個球形導(dǎo)體。由于我們面對的物質(zhì)世界千姿百態(tài)，變化多端，因而從不同側(cè)面研究不同的物理現(xiàn)象，研究對象將采用不同的模型。物質(zhì)世界不存在統(tǒng)一模型。再次，要明確與模型相聯(lián)系的物理規(guī)律、物理定理等。物理定律或定理都是運用某一特定模型，通過實驗而總結(jié)歸納出來的，應(yīng)用時必須明確研究對象是否符合定律所要求的模型條件。最后，要具有選用模型的意識。平常討論一個問題或計算一道習(xí)題，好像沒有提到模型的問題，其實是使用了模型，只不過是自覺或不自覺地套用了慣用的模型。例如：在討論機械運動時。物體通?？僧?dāng)作質(zhì)點來處理；熱學(xué)中談到氣體就當(dāng)作理想氣體處理等。自覺地選用模型，對培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力大有益處。所以特別是在課堂教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生進行這方面的嘗試，依照具體情況，引導(dǎo)選用合適的模型研究問題，使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

二、在實踐中學(xué)習(xí)建模方法。使學(xué)生提高獲取知識的能力

不少學(xué)生認(rèn)為物理課聽起來有趣，公式、定律也不難理解，但往往碰到習(xí)題就不知從何下手。究其原因，是由于找不到一個合適的物理模型來替代題目中給出的對象和過程，不能把題目中的過程和物體簡化成理想模型。例如：學(xué)生習(xí)慣于解決細(xì)線懸掛小球的擺動問題，而對小孩蕩秋千卻一籌莫展。學(xué)生習(xí)慣于解決小球過頂?shù)膱A周運動問題，而對汽車過拱橋的問題卻束手無策。這反映出學(xué)生在建立模型上存在思維障礙，主要表現(xiàn)在：學(xué)生缺乏準(zhǔn)確的物理模型。在實際問題的眾多對象中，思維容易受到問題表象的干擾，很難抓住對象本質(zhì)特征，因而難以從實際問題中抽象出物理圖景和物理模型，形成認(rèn)識上的思維障礙。由于現(xiàn)行教材、教科書中應(yīng)用性的生活事例很少，學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識時，缺少該環(huán)節(jié)的思維訓(xùn)練，在問題的應(yīng)用上，學(xué)生仍然習(xí)慣于傳統(tǒng)的認(rèn)識經(jīng)驗和思維習(xí)慣，久而久之，就認(rèn)為物理就是代代公式的數(shù)學(xué)運算而已，因而淡化了物理思維的訓(xùn)練，形成方法上的思維障礙。實際問題的解決過程實際上包含這樣的流程，從實際問題中提取信息，排除次要因素，確立理想化的研究對象和物理場景，應(yīng)用所學(xué)的物理知識，尋找物理對象在變化過程中滿足的定量和定性的規(guī)律，直至解決問題。在大多數(shù)情況下。傳統(tǒng)物理教學(xué)及有關(guān)問題的訓(xùn)練，往往直接給出簡化后的物理對象或物理圖景。因而在問題的處理上，學(xué)生缺乏對物理對象和物理場景做理想化處理的方法和能力。那作為教師，在學(xué)習(xí)物理概念和物理規(guī)律時，要將它們的起源講解清楚，盡量在課堂上多給學(xué)生這種思維訓(xùn)練，而不是死記硬背，套用公式?？傊?，事物千差萬別，各門學(xué)科的研究、學(xué)習(xí)都有著各自獨特的方法。物理課堂教學(xué)不能只滿足于知識的傳授，讓學(xué)生死記硬背，而應(yīng)立足于物理思想方法進行物理教學(xué)，在課堂教學(xué)中進行模型方法的滲透，這對學(xué)生提高獲取知識的能力會大有幫助，使學(xué)生終身受益。

三、借助思維程序化訓(xùn)練。提高學(xué)生應(yīng)用物理模型解決問題的能力

在高考中經(jīng)常出現(xiàn)“理論聯(lián)系實際”的考題，這些考題都明顯地要求考生要能夠根據(jù)題目所提供的資料，建立合適的物理模型進行計算。為了有效提高學(xué)生解決實際問題的能力，在教學(xué)中應(yīng)重視思維程序化的訓(xùn)練。認(rèn)真審題仔細(xì)閱讀題目將文字?jǐn)⑹龅膯栴}在頭腦中形象化，并用畫示意圖的方法將題目所敘述的物理情境展現(xiàn)出來，做到邊審題、邊畫圖。用物理規(guī)律把題目所要求的目標(biāo)與已知條件關(guān)聯(lián)起來。列出解決問題的所有方案，從中挑選出最佳方案。運用物理規(guī)律結(jié)合題意所涉及的實際問題，討論結(jié)果的合理性。在具體教學(xué)中，通過課堂專題教學(xué)或平時課堂滲透，創(chuàng)設(shè)物理情景，讓學(xué)生通過抽象、概括出物理模型，使學(xué)生由無意識地使用物理模型，變成有意識地識別和應(yīng)用，有時也可以進行情景遷移，以便構(gòu)成情景各異的物理問題，但屬于同一種或幾種物理模型的系列問題，從而實現(xiàn)對知識的正遷移。

例：一跳水運動員從離水面10m高的平臺上躍起，舉雙臂直體離開平臺此時其重心位于從手到腳全長的中心。躍起后重心升高0.45m達(dá)到最高點。落水時身體豎直，手先入水(在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計)。從離開跳臺到手觸水面，他可用于完成空中動作的時間是—so(計算時，可以把運動員看作全部質(zhì)量集中在重心的—個質(zhì)點。g取為10m／s²結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

解析：當(dāng)年許多同學(xué)看完這道題后。不知如何下手求解，他們覺得還有一些條件沒有給足，比如重心到腳的距離不知道，因此運動員的位移是無法知道的。其實這道題目已經(jīng)對運動員建立了物理模型——質(zhì)點，對運動也做了初步的假設(shè)：不考慮運動員水平方向的運動。所以這一道題目只要我們再進一步地假設(shè)和確定一些物理量，就可以求得結(jié)果。

在課堂應(yīng)先讓學(xué)生思考并確定，對象模型的建立過程是這樣：人(客觀實際上—均勻柱體(重心在中點)—質(zhì)點。第一次近似是忽略了人身體不同位置的大小、質(zhì)量的不同，第二次近似是忽略了運動員跳水時由于做動作而出現(xiàn)的轉(zhuǎn)動。從圖中我們可以看出；這一過程人的位移，也就是重心的位移應(yīng)該就是10m(人的重心到腳B和到手指尖A的距離相同)。

在運動模型方面因不考慮水平方向的速度，同時由于運動員在運動過程中速度不太大，所受的空氣阻力有限，可以忽略，所以運動員運動的全過程可以看作是全過程的豎直上拋，或上升過程是豎直上拋。下落過程是自由落體。套用運動學(xué)公式，就可以很容易算出時間是1，7s。通過題目的解答，我們可以看出，在解決所謂的“聯(lián)系實際”的題目關(guān)鍵，其實就是要我們能夠根據(jù)提供的信息，展現(xiàn)出清晰的物理情景，排除次要因素抽象出物理模型，問題很快就可以得到解決。

研究物理問題離不開模型。是否能熟練地建立和運用模型來處理具體問題，仍是教學(xué)和學(xué)習(xí)中的一個重要任務(wù)。據(jù)現(xiàn)代教育心理學(xué)的研究，對學(xué)生解決問題的策略及影響因素的分析，對物理模型的總結(jié)及學(xué)習(xí)將有利于學(xué)生對知識更深層次的理解及應(yīng)用。物理模型的圖景為學(xué)生的創(chuàng)造性能力培養(yǎng)提供了一種可能的方式。模型的形象性及簡潔性為建立直覺思維提供了有效的資源。通過有效的空間想象及模型特征認(rèn)識會使學(xué)生對科學(xué)思維方法有更深的理解，最終促成其良好的學(xué)習(xí)動機及興趣形成。

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