“電磁感應(yīng)”融入建模思想的教學(xué)研究

徐燕來

高中物理教師在教學(xué)中，常常會發(fā)現(xiàn)學(xué)生難以深入理解物理概念，他們很容易在應(yīng)用時把物理概念弄錯，他們不能靈活應(yīng)用學(xué)過的公式，有時甚至不知道哪些問題需要用哪些公式解決；也不會解決實際生活中的物理問題，比如學(xué)生看到一張稍微復(fù)雜一點的電路圖，立刻就會覺得很困難，從而不愿意主動琢磨電路圖中的知識。這都是因為學(xué)生的物理知識沒有系統(tǒng)化。因此教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理時，要有意識的引導(dǎo)學(xué)生樹立數(shù)學(xué)建模思想，讓他們能有效整理學(xué)過的知識。

一、建模思想的概念

數(shù)學(xué)建模是指從抽象的高度理解事物、從事物的過程中歸納出規(guī)律、將規(guī)律應(yīng)用在與之相關(guān)的事情上。這實際是把學(xué)過的知識系統(tǒng)化、規(guī)律化、分類化的思想，通過建立數(shù)學(xué)模型，學(xué)生才能深入理解所學(xué)的知識。

二、高中物理建模思想訓(xùn)練的應(yīng)用

1.引導(dǎo)學(xué)生抽象觀察事物

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察一件事物的方法有很多，可以使用情境導(dǎo)入法、實驗說明法等等。如果學(xué)生沒有建立數(shù)學(xué)建模的思想，一般會關(guān)注：有一件事情發(fā)生了、這件事很有趣、怎么會發(fā)生這樣的事情？這種感性的認知會使人們對事物的理解膚淺化，所謂的數(shù)學(xué)建模思想則是要求學(xué)生用高度抽象的思想去看待問題，通過初步的觀察建立起科學(xué)的假設(shè)、并能用抽象的方法建立起科學(xué)的猜想，這是探索物理的初步。

比如在“電磁感應(yīng)”實驗中，在電流表兩端接上電圈組成閉合電路，通電后在線圈中插入和拔出磁鐵，會發(fā)現(xiàn)電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，于是教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考這一現(xiàn)象的原因，然后共同找到答案：磁鐵在線圈中運動能產(chǎn)生電流。

2.引導(dǎo)學(xué)生掌握事情的規(guī)律

教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理時，會發(fā)現(xiàn)學(xué)生沒有追究事情實質(zhì)的意識，他們習(xí)慣于等待教師告訴他們知識的要點、公式或者應(yīng)用方法，他們不愿思索，只愿作簡單的“抄寫員”。因此教師除了要引導(dǎo)學(xué)生建立抽象看問題的方法，還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析科學(xué)的規(guī)律。比如在“電磁感應(yīng)”實驗中，教師可讓學(xué)生分組實驗，A組從S級放入線圈，B組從N級，結(jié)果如下表：

A組（S級）

B組（N級）

教師引導(dǎo)學(xué)生比較兩組實驗結(jié)果，并得出結(jié)論：當(dāng)磁鐵相對于電圈運動時，會產(chǎn)生電流，反之，不會產(chǎn)生電流。

3.引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用總結(jié)的規(guī)律

在數(shù)學(xué)模型的思想中，學(xué)生要通過已經(jīng)掌握的規(guī)律建立一個數(shù)學(xué)模型，這個數(shù)學(xué)模型要能概括與之相關(guān)的一切事物。所謂的物理定律，實際上就是科學(xué)家自己總結(jié)的物理模型。教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生通過自主思考建立起模型，同時教師還要引導(dǎo)學(xué)生驗證建立起來的模型，如果這個數(shù)學(xué)模型在實際應(yīng)用中與理論有偏差，則該模型有偏差，學(xué)生就必須要修正這個模型。

比如在對閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運動的實驗中，學(xué)生可以觀察到當(dāng)導(dǎo)體移動時電流表會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生電流，但是不是導(dǎo)體任何方向的移動都能產(chǎn)生電流呢？這里教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行試驗：

由上表可知，只有在導(dǎo)體左右平移切割磁感線時，才會產(chǎn)生電流。這就是對已經(jīng)建立起來的模型進行驗證和補充的結(jié)果。

三、高中物理建模思想培養(yǎng)的優(yōu)勢

1.讓學(xué)生以科學(xué)的思維學(xué)習(xí)物理

部分高中生會感覺物理學(xué)習(xí)非常困難，這是由于他們對物理的學(xué)習(xí)還停留在感性的認知上。物理是一門高度抽象、高度理性、高度科學(xué)的知識。比如一個“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象，它日后就會涉及到電路圖的設(shè)計運行結(jié)果，學(xué)生如果在“電磁感應(yīng)”的課程中沒有透徹地掌握知識，那么往后觀察和分析電路圖時就更不知道如何看待抽象的電路圖。因此，教師要在高中物理教學(xué)中首先訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方法，學(xué)生只有先鍛煉好思維能力，才有利于將來的學(xué)習(xí)。

2.讓學(xué)生樹立自主探索的思想

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，教師雖然也會讓學(xué)生探索物理的知識，但那時學(xué)生能探索的范圍是有限的、探索的方法是固定的、探索的成果是已知的。建模的思想是一種自主探索科學(xué)的思想，學(xué)生以此思路學(xué)習(xí)物理，自己去探索大量的物理現(xiàn)象，透過具體的現(xiàn)象找到真正的規(guī)律，從而完成建模。這個數(shù)學(xué)模型是學(xué)生自己建立的、“獨一無二”的數(shù)學(xué)模型，它有可能與物理科學(xué)家的見解相同，也可能不同。然而學(xué)生只有在不斷的探索中才能找出知識的“真相”，這正是新課改中要求的教學(xué)目標。

3.培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程非常被動，所以對學(xué)生來說，學(xué)習(xí)物理的意義就是吸收課本上的知識，因此對物理學(xué)習(xí)的興趣不大。建模思想則是讓學(xué)生直接去探索物理這門科學(xué)知識，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會遇到大量的科學(xué)現(xiàn)象、會遇到很多的“未知”，學(xué)生需要自主研究很多的問題。他們不僅要閱讀課本去理解新的物理知識，有時還需要閱讀其它物理讀物等才能理解新的物理現(xiàn)象。自主的學(xué)習(xí)方式、廣闊的學(xué)習(xí)空間、自己決定學(xué)習(xí)層次等，都會極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

教師可以從“電磁感應(yīng)”的教學(xué)中看到建模思想給學(xué)生學(xué)習(xí)物理帶來的優(yōu)勢，教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理知識時，要注重引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)建模思想。

（作者單位：江蘇省鹽城中學(xué)）