基于物理模型的課堂教學(xué)實(shí)踐研究

楊靜

物理是一門自然學(xué)科，主要研究自然界中物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由于物質(zhì)世界的多樣性與復(fù)雜性，因此要準(zhǔn)確研究自然現(xiàn)象，探尋現(xiàn)象后的規(guī)律，就必須對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行思維的抽象及概括。物理模型法是一種行之有效的途徑，通過建立物模，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行抽象，并找出研究對(duì)象之間的關(guān)系，建構(gòu)簡(jiǎn)單的物模，從而解決問題。

一、缺乏模型建構(gòu)的物理課堂存在弊端

將已有模型轉(zhuǎn)達(dá)給學(xué)生是物理教學(xué)模型的主要運(yùn)用方式，雖然能有效的幫助學(xué)生熟記客觀事物的本質(zhì)知識(shí)，卻缺乏從現(xiàn)象到本質(zhì)的思維過程的訓(xùn)練，學(xué)生物理學(xué)科能力并未得到培養(yǎng)。實(shí)際上，物理模型的給出比引入更有意義。物理模型的引入，可以練就學(xué)生高效的抽象思維能力，對(duì)解決問題大有裨益。物理模型的構(gòu)建與運(yùn)用，是提高物理教學(xué)目標(biāo)的重要手段。

二、物理模型的內(nèi)涵與特征

（一）物理模型的內(nèi)涵

物理現(xiàn)象要上升為理論必須經(jīng)過物理模型的升華，同樣，物理理論對(duì)物理現(xiàn)象的解釋也離不開物理模型。物模是根據(jù)研究對(duì)象的形狀、大小、運(yùn)動(dòng)過程、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)等特征，建立起來的高度抽象的、理想化的實(shí)體、概念和過程，展示了實(shí)際問題中實(shí)體、過程、狀態(tài)、現(xiàn)象的主要特征，便于人們學(xué)習(xí)和研究。

（二）物理模型的基本特征

物模具有抽象性、形象性、科學(xué)性、假定性、完整性、相對(duì)性、簡(jiǎn)潔性等特點(diǎn)。

三、物理模型的分類

中學(xué)物理中常見的物?？煞譃橐韵聨追N。

（一）對(duì)象模型

如點(diǎn)光源，理想電表，純電阻用電器等。

（二）條件模型

如光滑表面：不計(jì)摩擦阻力；恒力；彈簧作用下的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化問題時(shí)，把彈簧看作是輕彈簧。

（三）過程模型

如力學(xué)中的勻速直線運(yùn)動(dòng)，電學(xué)中的穩(wěn)恒電流等都是物理過程模型。

（四）結(jié)構(gòu)模型

如原子的構(gòu)成及結(jié)構(gòu)的成因等，在研究磁場(chǎng)空間分布時(shí)，引入的磁感線模型。

（五）數(shù)學(xué)模型

如在表示電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)，可以用公式I=U/R表示，也可以用數(shù)學(xué)中的函數(shù)圖象來表示。

四、物理模型教學(xué)的過程

物理模型教學(xué)的過程分為五個(gè)步驟。

（一）建模鋪墊

物理現(xiàn)象、物理事實(shí)以及物理問題是多因素作用的復(fù)雜客觀過程，而受發(fā)展局限、實(shí)驗(yàn)條件設(shè)施、學(xué)生認(rèn)知水平和知識(shí)結(jié)構(gòu)等客觀條件的限制。我們不能直接建模，必須首先對(duì)物理現(xiàn)象、物理事實(shí)進(jìn)行具體、全面的分析，確定研究對(duì)象，從物理事實(shí)中提出問題。，應(yīng)充分利用各種教學(xué)手段（如物理學(xué)家、生活現(xiàn)象、演示實(shí)驗(yàn)等）和各種表現(xiàn)手法（模擬法、比較法、圖像法、理想法等）以及現(xiàn)代教育技術(shù)設(shè)備，向?qū)W生展示客觀有趣的物理現(xiàn)象，通過不同的教學(xué)形式建立假設(shè)，確定研究目標(biāo)，整理初步思路，不僅能激發(fā)學(xué)生興趣，還有效訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散性思維，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和初步建立模型的科學(xué)方法。

（二）建立模型

在確定研究目標(biāo)后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)客觀物理現(xiàn)象和物理事實(shí)分析篩選，找出有用信息和因素，根據(jù)需要取舍。這里的主要信息包括三方面。

1.目標(biāo)對(duì)象變量，就是可能會(huì)導(dǎo)致同一客觀物理因素抽象后的物理對(duì)象及物理模型類型不同。例如，在不同情況下，一個(gè)水平面可以被抽象為光滑水平面，或有摩擦的水平面。

2.目標(biāo)過程變量，常見的目標(biāo)過程變量有路程、速度、加速度、滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)方向、動(dòng)能、機(jī)械能等。

3.目標(biāo)相互作用，對(duì)客觀物理問題進(jìn)行簡(jiǎn)化和純化，運(yùn)用已經(jīng)掌握的物理知識(shí)，對(duì)所研究的物理問題、物理現(xiàn)象，通過歸納、演繹、比較、抽象等思維方式，抽象出物理場(chǎng)景，確立簡(jiǎn)化或理想化物理場(chǎng)景，得出物模的描述方程、約束方程及適用條件。

4.注意學(xué)生的認(rèn)知水平和知識(shí)結(jié)構(gòu)的限制，讓學(xué)生主動(dòng)參與建模過程，鍛煉獨(dú)立建模的能力，訓(xùn)練建模的科學(xué)思維方法，使學(xué)生成為物理模型的建立者，而不是物理模型的接受者。

（三）形成概念或規(guī)律

在建立物理模型后，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納物理概念、物理規(guī)律，使學(xué)生對(duì)客觀物理問題有更深刻的理解。

在物理規(guī)律形成的過程中，要引導(dǎo)學(xué)生明確建立物理規(guī)律的目的，了解物模到物理規(guī)律的轉(zhuǎn)化過程，掌握物理規(guī)律的文字表述、數(shù)學(xué)表達(dá)式、函數(shù)圖像三種表達(dá)式，強(qiáng)調(diào)物理規(guī)律的適用范圍和應(yīng)用條件，使學(xué)生對(duì)物理問題、物理模型有更深刻的理解，訓(xùn)練學(xué)生總結(jié)歸納、文字表述等能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維、抽象性思維等思維能力。

（四）應(yīng)用模型

從理論再回到實(shí)踐的應(yīng)用過程具有更重要的意義，它實(shí)現(xiàn)了認(rèn)識(shí)的第二次飛躍。對(duì)于理想物理模型的教學(xué)過程，能應(yīng)用模型分析解決實(shí)際問題更為重要。不僅可以加深對(duì)物理模型的理解，還可以對(duì)教學(xué)效果、學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，獲得反饋信息，進(jìn)而調(diào)整教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法，控制教學(xué)達(dá)到優(yōu)化。在物理模型教學(xué)過程中，注意培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立建立模型、應(yīng)用模型解決物理問題的能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、對(duì)知識(shí)的遷移和應(yīng)用能力。

物理模型的應(yīng)用可分為三種。一是直接應(yīng)用。利用概念和規(guī)律直接對(duì)物理原型進(jìn)行解釋，處理實(shí)際物理問題。二是等效變換。當(dāng)物理情景有所變化，可以將題中所給模型與熟悉模型相比較，找出其相同的本質(zhì)，用熟悉的模型代替，解決問題。三是綜合應(yīng)用。把知識(shí)系統(tǒng)化、活化，將兩種或多種物理模型綜合在一個(gè)實(shí)際問題中呈現(xiàn)給學(xué)生們，使學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)更豐富、完善，對(duì)物理模型的理解更深刻、運(yùn)用更純熟，提高思維能力。

（五）反饋評(píng)價(jià)

在物理模型應(yīng)用中，學(xué)生需要用已有的物理模型和物理建模思想去解決新的實(shí)際問題，讓學(xué)生自主選擇或建立解決新問題的物模，引導(dǎo)學(xué)生檢驗(yàn)符合所用物模和建模思想的適用條件，對(duì)物模不斷改善，解決新問題?？梢源偈箤W(xué)生對(duì)物理模型的認(rèn)知更深刻，適用范圍把握更準(zhǔn)確，有利于學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生建立、應(yīng)用物理模型的能力。

物理模型方法是物理學(xué)的重要研究方法，能簡(jiǎn)化問題，直達(dá)問題的本質(zhì)。是物理規(guī)律與理論建立的基礎(chǔ)。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和解決物理問題的能力，就必須培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力，也就必須完善并加強(qiáng)物理模型教學(xué)。