基于原始問題解決的高中物理模型教學(xué)

鮑堯紅

當(dāng)今社會對教育的要求越來越高，也就造成教育對學(xué)生的能力要求更高了，但是許多學(xué)生雖然掌握書本知識很牢固，但是對于要解決來源于生活的原始物理問題時經(jīng)常是無從下手。許多學(xué)生在遇到原始物理問題只會生搬硬套，不能正確地分析物理過程，形成相應(yīng)的物理圖景，這說明學(xué)生對于解決原始物理問題困難的原因在于對已經(jīng)習(xí)得的物理模型的遷移能力不強(qiáng)。于克明教授認(rèn)為：“傳統(tǒng)的物理教學(xué)，在原始問題到抽象問題之間，從原型到模型產(chǎn)生了一個斷帶、一個鴻溝，成為解決實(shí)際問題的一大障礙?！蹦Ｐ筒粌H要用來解決物理習(xí)題，更要能用來解決來自生活和生產(chǎn)的原始問題。因此我認(rèn)為在實(shí)際的教學(xué)過程中適當(dāng)?shù)貪B透原始物理問題，不僅能提高學(xué)生建立物理模型的思維能力，而且能提高學(xué)生分析問題、解決問題，把所學(xué)應(yīng)用于生活的能力，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力，順應(yīng)新課程改革的理念。

一、原始問題概念界定

所謂原始問題是指自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在未被抽象加工的，能夠反映科學(xué)概念、規(guī)律本質(zhì)的典型現(xiàn)象，它來自真實(shí)的生活。原始問題不只局限于物理教材，問題更加注重于日常生活、最新科技動態(tài)及科技知識的有機(jī)結(jié)合，拓寬學(xué)生的視野，縮小所學(xué)知識與真實(shí)生活的差別。學(xué)生在解決原始問題時的最大困難在于原始問題的物理模型的構(gòu)建。北京大學(xué)趙凱華教授在1983 年就指出：“ 在我們的教學(xué)中，同一問題，既可以把原始的物理問題提交給學(xué)生，也可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數(shù)學(xué)模型后再提交給學(xué)生。習(xí)慣于解后一類問題的學(xué)生，在遇到前一類問題時，往往會不知所措?！?/p>

二、物理模型的概念

物理學(xué)在對每一個研究對象進(jìn)行研究時所要考慮和分析的實(shí)際問題往往很復(fù)雜，為了能更為高效分析與研究，物理學(xué)中常常采用“簡化”，對實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)抽象處理的方法，用一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu)，去描述實(shí)際的事物(過程)。這種理想物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu)稱之為“物理模型”。

1.物理模型的特性。

物理模型的特性歸結(jié)起來有以下四種。（1）物理模型具有高度的抽象性，它舍棄次要因素把握主要因素、化復(fù)雜為簡單，完成由現(xiàn)象到本質(zhì)、由具體到抽象的過程，反映的是原始問題本質(zhì)特征的——理想物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu)，是對原型客體物質(zhì)形式或思維形式的本質(zhì)關(guān)系的再現(xiàn)，是科學(xué)思維對物理世界的抽象的反映。（2）物理模型具有形象性，物理模型往往是采用簡約化的手法用理想化的物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu)來代替復(fù)雜、具體的客體研究對象，是一種簡化的直觀的心理構(gòu)想，反映物理具體的研究對象，因此物理模型又具有形象直觀的特點(diǎn)。（3）物理模型具有科學(xué)性，它以先前獲得的科學(xué)知識為依據(jù)，經(jīng)過判斷、推理等一系列邏輯上的嚴(yán)格論證，深刻地反映原客體的本質(zhì)特性，同時可以被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，因此物理模型又具有科學(xué)性。（4）物理模型具有假定性，物理模型是通過科學(xué)抽象對實(shí)際問題進(jìn)行的心理構(gòu)想，是人們以科學(xué)思維對物理世界的抽象描述，因此物理模型來源于客觀現(xiàn)實(shí)，但又高于客觀現(xiàn)實(shí)，是抽象的思維結(jié)果，是被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的科學(xué)假想，是實(shí)際客體忽略次要因素的假想反映，因此物理模型又具有假定性。

2.物理模型的分類。

對于物理模型的分類，標(biāo)準(zhǔn)不同，看法就不同，但也算異曲同工。我認(rèn)為模型可分為對象模型、條件模型和過程模型。

對象模型：用來代替研究對象實(shí)體的理想化模型，高中有的對象模型，例如：質(zhì)點(diǎn)、輕繩、點(diǎn)電荷、理想電表、理想變壓器等。條件模型：把研究對象所處的外部條件理想化建立的模型為條件模型。

三、原始物理問題解決與建立物理模型的關(guān)系

物理模型是對生活實(shí)際問題（也即原始問題）的科學(xué)抽象和近似，是物理思維的產(chǎn)物。建立物理模型是一種創(chuàng)造性的腦力勞動，根據(jù)所研究對象和問題的特點(diǎn)，撇開個別的、非本質(zhì)的因素，抽出主要的、本質(zhì)的因素加以考察研究，并將同一類物理事物共同的、本質(zhì)的屬性聯(lián)合起來，由此建立起一個輪廓清晰、主題突出、易于研究的新概念或新過程。要得到正確的物理模型，需要做到以下兩點(diǎn)。一是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以事實(shí)為依據(jù)。二是正確抽象研究對象的本質(zhì)特征。就好像質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、輕繩、穩(wěn)恒電流等都是理想模型，是為了研究問題的方便而建立的一種理想客體，它忽略了非本質(zhì)的、次要的因素，突出了研究客體的主要矛盾，使這個理想模型更加能集中反映出事物的本質(zhì)和規(guī)律性，便于我們對自然物理規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識。

許多原始物理問題并沒有唯一的正確答案，從不同的角度和需要來評價就可能有不同的答案。思維水平知識水平不同的學(xué)生，通過努力都能獲得不同程度的提高，在學(xué)習(xí)的過程中獲得成就感。而且，學(xué)生在面對一個信息龐雜、客觀真實(shí)的原始問題，很難找到可以直接應(yīng)用的物理模型，在解決原始問題時必然需要對生活現(xiàn)象關(guān)注，它的解決過程必然是探索和發(fā)現(xiàn)的過程。在原始物理問題解決的過程中，原始問題把每個物理量鑲嵌在真實(shí)的物理現(xiàn)象中而不是直接給出。這樣在遠(yuǎn)離了熟悉的物理習(xí)題后，學(xué)生的思維將脫離線性的平衡態(tài)而進(jìn)入非線性的非平衡態(tài)，進(jìn)行綜合考慮問題，深化、活化物理概念、規(guī)律等，學(xué)生根據(jù)面臨的情境， 通過假設(shè)、估計(jì)等手段獲得所需的物理量， 再構(gòu)造出理想的物理模型， 經(jīng)過一層層的“ 剝開” 過程， 最終使結(jié)論“ 破繭而出”。

四、基于原始問題解決的高中物理模型教學(xué)的課堂模式

首先，創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活又富有時代氣息的實(shí)際生活情境問題，這些中包含一些相關(guān)數(shù)據(jù)，以便降低難度。 這類問題情境的創(chuàng)設(shè)過程中，教師可以充分利用各種教學(xué)手段，例如展示實(shí)物或圖片，實(shí)驗(yàn)、視頻資料，等等，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。

其次，探究建模，讓學(xué)生對所創(chuàng)設(shè)的問題情境仔細(xì)思考，進(jìn)行分析，分小組進(jìn)行討論，教師引導(dǎo)，繼而建立相應(yīng)的模型。在這一環(huán)節(jié)中教師要盡量調(diào)動學(xué)生主動參與的積極性，讓學(xué)生參與模型的建立過程。讓學(xué)生在探究建模的過程中深刻理解建模的條件，以便真正理解所建立的物理模型，深刻掌握物理模型的建立方法。

再次，模型的應(yīng)用，利用模型形成概念和規(guī)律、應(yīng)用物理模型解決問題。

最后，變式訓(xùn)練，教師提供新的類似的問題情境，考查學(xué)生應(yīng)用物理模型解決新的問題情況，既可達(dá)到鞏固建立的模型的目的和培養(yǎng)學(xué)生的模型遷移能力，又可以了解教學(xué)過程中的不足。

整個過程中教師都必須要注意及時采集到學(xué)生建模方面的信息，一旦發(fā)現(xiàn)思維偏差，就要及時給予點(diǎn)撥，同時根據(jù)學(xué)生的反映調(diào)整自己的教學(xué)安排。

我相信，通過一定數(shù)量的原始物理問題訓(xùn)練，當(dāng)學(xué)生在解決實(shí)際物理問題時，各種各樣解決問題的策略就能夠迅速地檢索得出，而不是單純地生搬硬套。學(xué)生對原始物理問題的創(chuàng)造性解決，有助于增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造欲望，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和自信心，促使學(xué)生不斷去創(chuàng)新，很好地培養(yǎng)學(xué)生的能力。

參考文獻(xiàn)：

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