高中物理模型的建構(gòu)與教學(xué)方法的研究

羅華權(quán)

摘 要：物理模型作為一種研究物理問(wèn)題的科學(xué)方法，在高中物理教學(xué)過(guò)程中如何合理地滲透物理模型的概念和引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型成為提高教學(xué)效果的重要途徑之一。本文簡(jiǎn)要闡述了物理模型的概念、分類和作用，進(jìn)一步提出建構(gòu)物理模型的方法，并結(jié)合物理教學(xué)實(shí)際案例探討物理模型教學(xué)的方法和原則，最后對(duì)新課程改革形式下的高中物理模型建構(gòu)教學(xué)提出新的要求。

關(guān)鍵詞：高中物理；物理模型；解決問(wèn)題；物理教學(xué)

引言

高考物理的命題素材常常來(lái)源于生活實(shí)際，如體育運(yùn)動(dòng)、電子電器、神舟飛船等實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生面對(duì)這一類問(wèn)題往往不知所措。這就要求學(xué)生學(xué)會(huì)將某些實(shí)際問(wèn)題抽象概括，形成一些物理模型，利用物理模型來(lái)分析和解決這類實(shí)際問(wèn)題。本文嘗試研究如何在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生建立物理模型、應(yīng)用物理模型解決問(wèn)題的能力。

1 物理模型的概念、分類及其作用

所謂物理模型就是根據(jù)所研究對(duì)象的形狀、大小、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)等特征，抓住主要因素，忽略次要因素從而建立起來(lái)的一種高度抽象的，理想化的實(shí)體、概念和過(guò)程 [1 ]。實(shí)體、概念、過(guò)程它們均來(lái)源于實(shí)際，又不同于實(shí)際。比如質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)沒(méi)有大小和形狀，只有質(zhì)量和位置的點(diǎn)。這樣的點(diǎn)在實(shí)際生活中是不存在的。但是，我們?cè)谘芯恳恍﹩?wèn)題時(shí)，可以把某些物體看成質(zhì)點(diǎn)，盡管它實(shí)際上可能很大，比如研究地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們可以把地球看成質(zhì)點(diǎn) [2 ]。

物理模型分類主要可以歸納為以下兩種：

（1）對(duì)象模型

理想模型是一種典型的對(duì)象模型，抓住研究對(duì)象的特征本質(zhì)，對(duì)復(fù)雜的事物進(jìn)行簡(jiǎn)化抽象后而建立的理想化模型。常見的模型主要有：質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、彈簧振子、單擺等。

（2）過(guò)程模型

過(guò)程模型有別于對(duì)象模型，其研究對(duì)象必然伴隨某個(gè)物理過(guò)程的發(fā)生，自然界中的物理過(guò)程往往復(fù)雜多變，影響因素繁多。為了對(duì)復(fù)雜的物理過(guò)程進(jìn)行分析，必須學(xué)會(huì)化繁為簡(jiǎn)，抓住物理運(yùn)動(dòng)的主要特征和規(guī)律，從簡(jiǎn)單的物理過(guò)程模型出發(fā)，首先揭示簡(jiǎn)單物理過(guò)程的規(guī)律性，再進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充和修正，不斷接近乃至完全解決復(fù)雜的物理過(guò)程。常見的過(guò)程模型主要有：勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞等。

物理模型作為貫穿物理學(xué)知識(shí)的一條主線和根本，只有在課堂教學(xué)過(guò)程中不斷地滲透這個(gè)概念，讓學(xué)生從學(xué)習(xí)物理開始便清晰明了，才能讓學(xué)生從繁重的物理題海中解脫出來(lái)，減輕學(xué)習(xí)壓力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和創(chuàng)新意識(shí)。

2 如何建構(gòu)物理模型

2.1 物理模型構(gòu)建過(guò)程

建模旨在抓主略次，物理學(xué)所研究的對(duì)象往往受各種因素的干擾和影響，有的是主要因素，有的是次要因素。研究問(wèn)題時(shí)不能眉毛胡子一把抓，把所有的因素都考慮在內(nèi)，為了便于對(duì)模型的直觀分析，我們對(duì)所研究的客體要進(jìn)行整理、篩選，抓住其主要的、本質(zhì)的東西，舍去其次要的，非本質(zhì)的東西。建模過(guò)程圖如圖1。

2.2 以高中物理中主要力學(xué)模型為例，結(jié)合教育學(xué)、心理學(xué)理論探討如何幫助學(xué)生構(gòu)建物理模型

考試中學(xué)生遇到有關(guān)實(shí)際問(wèn)題的題目時(shí)，常常不知道如何下手。原因在于沒(méi)有理解透徹常見物理模型，只是機(jī)械地記憶一些公式，遇到這類題目時(shí)就亂套公式。因此充分理解物理模型和厘清這些物理模型就變得非常重要，本文選取幾種常見的力學(xué)模型，簡(jiǎn)要介紹物理模型總結(jié)如表1所示。

理論教學(xué)論指出：物理問(wèn)題的解決過(guò)程一般是在給定某個(gè)特定物理問(wèn)題的前提下，尋找與之相關(guān)的基本概念規(guī)律和基本理論進(jìn)行解決問(wèn)題的一種心理學(xué)過(guò)程，是一種將給定情境轉(zhuǎn)化為目標(biāo)情境的、非自動(dòng)化的、有目的性的認(rèn)知加工過(guò)程 [3 ]。普通心理學(xué)理論認(rèn)為：對(duì)問(wèn)題解決過(guò)程起主要作用的影響因素主要包括：?jiǎn)栴}情境、遷移、原型啟發(fā)和思維定勢(shì)等 [4 ]。表1給出的高中階段常見的幾種力學(xué)模型，根據(jù)教育學(xué)和心理學(xué)理論，教師在物理模型的教學(xué)過(guò)程中如何有效滲透概念，讓學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行模型的建構(gòu)和有效合理聯(lián)想和應(yīng)用相關(guān)模型分析問(wèn)題和解決問(wèn)題尤為關(guān)鍵。

針對(duì)高中階段的常見力學(xué)物理模型的教學(xué)，核心問(wèn)題就是合理定位師生角色，共同完成物理模型的建構(gòu)。首先，要讓學(xué)生成為模型學(xué)習(xí)的主動(dòng)建構(gòu)者，要求學(xué)生在知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)揮主動(dòng)性，敢于假設(shè)、小心求證的探索精神；發(fā)揮想象力，破除思維定勢(shì)；具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，對(duì)新的問(wèn)題進(jìn)行分組交流和探討等方面的主觀能動(dòng)性。強(qiáng)調(diào)學(xué)生在模型學(xué)習(xí)的過(guò)程中，善于結(jié)合新舊知識(shí)和特定物理情境之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主建構(gòu)物理模型的目的。其次，在模型建構(gòu)過(guò)程中教師要以學(xué)生為中心，扮演建構(gòu)過(guò)程的引導(dǎo)和促進(jìn)者的角色。教師要充分把握學(xué)生的知識(shí)水平和學(xué)生特點(diǎn)，有的放矢地實(shí)施教學(xué)過(guò)程。在建構(gòu)過(guò)程積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；合理創(chuàng)建教學(xué)情境，善于總結(jié)和引入新舊知識(shí)的聯(lián)系，幫助學(xué)生合理進(jìn)行物理模型的建構(gòu)；充分利用教學(xué)技巧，組織學(xué)生進(jìn)行分組討論并進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和總結(jié)，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，從而有效完成模型建構(gòu)的教學(xué)。

3 物理模型教學(xué)實(shí)踐

3.1 物理模型教學(xué)過(guò)程中的主要問(wèn)題

在物理教學(xué)中，如何正確有效地對(duì)學(xué)生滲透物理模型是當(dāng)前眾多教師和專家學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題，由于高中學(xué)生接觸物理的時(shí)間有限，尚無(wú)法從大處著眼，整體上把握物理的主要脈絡(luò)。學(xué)習(xí)的知識(shí)章節(jié)分明，階段性強(qiáng)，學(xué)生往往學(xué)習(xí)后一章的知識(shí)便忘記前階段的知識(shí)點(diǎn)，一時(shí)無(wú)法摸透物理的本質(zhì)特征，此外大部分學(xué)生缺乏建立物理模型的意識(shí)和能力。新課程采用的教材很好的解決這方面的困難，力、熱、光、電和原子物理的教材編排為教師進(jìn)行模型教學(xué)提供了良好的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，建議教師可以在各個(gè)模塊教學(xué)伊始和復(fù)習(xí)的階段強(qiáng)調(diào)和總結(jié)本模塊主要的物理模型，讓學(xué)生自主從課本中的知識(shí)點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行總結(jié)，教師進(jìn)一步進(jìn)行反饋和補(bǔ)充，讓學(xué)生可以清楚地把該模塊的內(nèi)容化繁為簡(jiǎn)，師生互動(dòng)，從而有效地將物理模型真正應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題的分析和解決中去。

3.2 物理模型教學(xué)的教學(xué)原則

結(jié)合教育學(xué)、心理學(xué)和高中物理知識(shí)的特點(diǎn)，對(duì)高中物理模型教學(xué)的原則做如下歸納：

（1）教師為主導(dǎo)和學(xué)生為主體相結(jié)合的原則

所謂的教學(xué)就是教師的教和學(xué)生的學(xué)兩者共同完成的過(guò)程。教師在教學(xué)中起主導(dǎo)的作用，他們承擔(dān)著教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)目標(biāo)的確定、教學(xué)方法的選擇等。教師所做的一切都是為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，讓他們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下，更好掌握知識(shí)，更出色發(fā)揮自己的能力。從學(xué)的方面來(lái)說(shuō)，學(xué)生是知識(shí)的主體，在開展模型教學(xué)時(shí)，首先考慮到學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生更好的參與教學(xué)過(guò)程，并積極主動(dòng)地去探索、認(rèn)知，并將知識(shí)化為自己認(rèn)知結(jié)構(gòu)的一部分 [5 ]。

（2）強(qiáng)調(diào)科學(xué)性、注重建模過(guò)程的原則

教師在進(jìn)行物理模型的教學(xué)中，一定要注意思想性和科學(xué)性的統(tǒng)一。教師在教學(xué)中不能一味地追求創(chuàng)新，創(chuàng)建的物理情景要符合科學(xué)，符合學(xué)生的認(rèn)知水平。比如：教師在解決物理問(wèn)題時(shí)所選取的物理模型必須有助于學(xué)生的自主構(gòu)建，這樣才能留給學(xué)生自主的空間。

（3）充分利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)輔助教學(xué)的原則

物理的很多知識(shí)本身比較抽象，為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，教師可以通過(guò)多媒體或提供一些比較感性的材料，更好地幫助學(xué)生建立物理模型。物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，因此我們提倡在物理模型教學(xué)的時(shí)候，應(yīng)該堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)優(yōu)先的原則 [6 ]。在教學(xué)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更容易清晰明了，更有助于學(xué)生構(gòu)建物理模型，教師也可以設(shè)置一些探究性實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，解決實(shí)際問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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