“多方建?！被馕锢碇R(shí)難點(diǎn)初探

江秀梅 劉大明

摘 要物理模型是物理學(xué)中常用的科學(xué)方法，能使復(fù)雜事物簡(jiǎn)單化、純粹化，有利于真理的探索與發(fā)現(xiàn)。在實(shí)際教學(xué)中，提高物理模型的顯性化水平，組織訓(xùn)練物理模型法，可促進(jìn)自主構(gòu)建物理模型去解釋事物、理解知識(shí)、解決問(wèn)題。對(duì)于某些難點(diǎn)知識(shí)，還可以循序漸進(jìn)地層層構(gòu)建模型，即“多方建?！?，使難點(diǎn)知識(shí)得到突破。本文以閉合電路教學(xué)為例，初步探討了多方建?；庵R(shí)難點(diǎn)的方法。

關(guān)鍵詞物理模型 多方建模 閉合電路

新課標(biāo)教材理念有意打破學(xué)科內(nèi)過(guò)于嚴(yán)苛的系統(tǒng)性（全日制教材的特點(diǎn)），于知識(shí)中滲透科學(xué)方法教育。但這并不是否定學(xué)科系統(tǒng)性，而是希望教學(xué)中不拘泥于此，以防創(chuàng)造性、創(chuàng)新性思維的削弱，是響應(yīng)“減負(fù)”的號(hào)召，把過(guò)于抽象的科學(xué)方法有意“隱去”，目的是希望師生不拘泥于科學(xué)方法的文本介紹和理解，但絕不否定對(duì)基本科學(xué)方法的意會(huì)。

筆者關(guān)注科學(xué)方法在教學(xué)中的運(yùn)用研究，注意到不少教師已經(jīng)在這方面有一些成果，指出科學(xué)方法教育應(yīng)該將隱性滲透與顯性提升相結(jié)合。相比而言，科學(xué)方法的顯性化的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，陳運(yùn)保、馬亞強(qiáng)在文本分析基礎(chǔ)上提出了顯性化水平概念，對(duì)各種科學(xué)方法在高中教材中顯性化水平做出層次化研究[1]。法國(guó)科學(xué)方法論學(xué)者阿雷說(shuō)：“科學(xué)的基本活動(dòng)就是探索和制定模型”?？梢娎硐牖Ｐ褪窍喈?dāng)重要的科學(xué)方法之一，在高中教材中顯性化水平位居前列。本文就物理模型在高中物理教學(xué)中運(yùn)用現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，以閉合電路教學(xué)實(shí)例探索化解知識(shí)難點(diǎn)的有效方法——“多方建?！狈ā?/p>

一、建模思想運(yùn)用于高中物理教學(xué)中的現(xiàn)狀分析

所謂科學(xué)方法顯性化是在建立物理知識(shí)中，標(biāo)示所使用的科學(xué)方法、對(duì)科學(xué)方法的內(nèi)涵進(jìn)行闡述、組織和訓(xùn)練科學(xué)方法，即更加明確地、顯性地進(jìn)行科學(xué)方法教育，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)方法。那么物理模型在高中物理教學(xué)中運(yùn)用情況如何，顯性化水平又怎樣呢？

1.物理模型在高中物理教材中的顯性化水平

根據(jù)文獻(xiàn)[1]統(tǒng)計(jì)，在高中物理教材中滲透物理模型方法的次數(shù)為18次，標(biāo)示2次，講解1次，組織使用4次，顯性化水平位居前列。從高中物理教材而言，物理模型法是最先呈現(xiàn)的科學(xué)方法，必修一第一章第1節(jié)講解質(zhì)點(diǎn)時(shí)，就明確了物理模型方法的名稱、內(nèi)涵與外延，以“物體是否可以看做質(zhì)點(diǎn)”進(jìn)行實(shí)例講解和習(xí)題訓(xùn)練；在講解庫(kù)侖定律時(shí)，顯性化指出點(diǎn)電荷也是一種理想化的物理模型。

物理模型有三類，分別是對(duì)象模型、條件模型和過(guò)程模型。教材僅僅在對(duì)象模型上進(jìn)行顯性化呈現(xiàn)，而條件模型和過(guò)程模型都是隱性滲透。例如在微觀粒子不計(jì)重力中，通過(guò)例題分別計(jì)算氫原子的質(zhì)子與電子之間的萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力大小，通過(guò)比較顯示微觀粒子為什么可以忽略重力（人教版選修3-1第一章第2節(jié)），這實(shí)際上就是條件模型的隱性滲透；勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等等，實(shí)際上都是理想化的過(guò)程模型，新課標(biāo)教材幾乎沒(méi)有對(duì)它們進(jìn)行嚴(yán)格定義，這是過(guò)程模型的隱性滲透。

2.物理模型法在實(shí)際教學(xué)中的顯性化水平

物理教師都知道什么是物理模型，但是，大多數(shù)教師卻僅僅在講解質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)提到，很少有教師在認(rèn)識(shí)、理解、運(yùn)用物理概念和物理規(guī)律上給予科學(xué)方法的點(diǎn)撥。也就是說(shuō)，除了質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷兩概念教學(xué)之外，幾乎不會(huì)提及物理模型科學(xué)方法，更不會(huì)組織使用物理模型來(lái)理解有關(guān)概念、規(guī)律或結(jié)論，即師生是在不知不覺(jué)地情況下運(yùn)用了物理模型科學(xué)方法。

舉一個(gè)例子說(shuō)明師生對(duì)物理模型法的理解水平：微觀粒子為什么可以忽略重力卻不能忽略質(zhì)量？不少學(xué)生被問(wèn)倒，有些物理教師的回答也顯得邏輯混亂。而嚴(yán)密的邏輯分析是：在研究微觀粒子的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，從受力這個(gè)角度而言，重力相比于電場(chǎng)力對(duì)問(wèn)題的影響很小，可以忽略；根據(jù)牛頓第二定律，若忽略了質(zhì)量，這里的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題就是一個(gè)無(wú)解問(wèn)題，即忽略重力對(duì)問(wèn)題的影響不大，忽略質(zhì)量對(duì)問(wèn)題的影響很大。

原物是否可以理解為某種模型，首先要明確研究問(wèn)題，其次是分析原物某一屬性是否對(duì)該問(wèn)題有影響或影響多大，結(jié)論是無(wú)影響或影響很小，則這一屬性可忽略不計(jì)。之所以師生對(duì)物理模型法的理解水平不高，原因是平時(shí)缺乏有意識(shí)地訓(xùn)練。

3.學(xué)生對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)水平

學(xué)生對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)僅僅停留在死記硬背層面，教材或教師說(shuō)了質(zhì)點(diǎn)和點(diǎn)電荷是理想化的物理模型，所以它們是理想化的物理模型；教師說(shuō)了輕繩等質(zhì)量可以忽略，所以質(zhì)量可以忽略。

學(xué)生根本沒(méi)有理解到，物理模型作為一種科學(xué)方法、一種思維方法，它最重要的功能是幫助我們解釋事物、認(rèn)識(shí)世界和改造世界。就學(xué)科知識(shí)而言，它的價(jià)值是幫助我們認(rèn)識(shí)概念、理解規(guī)律；就問(wèn)題解決而言，它的意義是幫助我們把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，忽略次要因素，突出主要因素，使問(wèn)題得到有效解決。

二、建模思想在實(shí)際教學(xué)中的實(shí)施策略

1.消除認(rèn)識(shí)誤區(qū)，提升對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)

不少學(xué)生對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)，他們認(rèn)為：物理模型是一種簡(jiǎn)化的、純粹化的、理想化的東西，不是事物本身，所以它是不切實(shí)際的、遠(yuǎn)離真實(shí)的、沒(méi)有多大意義的東西。實(shí)則不然，物理模型確實(shí)是失去了部分真實(shí)，但卻更易接近真理。

例如一塊金屬導(dǎo)體有很多特征屬性，大小、形狀、體積、質(zhì)量、溫度、可以導(dǎo)電和導(dǎo)熱等等，只有選擇關(guān)注體積、質(zhì)量?jī)蓚€(gè)屬性，而忽略其他屬性，才能得出密度這一固有屬性；選擇了溫度、導(dǎo)熱屬性，才能得出比熱容固有屬性；關(guān)注導(dǎo)電時(shí)的電流、電壓，才能得出電阻固有屬性及發(fā)現(xiàn)歐姆定律；進(jìn)一步關(guān)注電阻、長(zhǎng)度、橫截面積等屬性，才能得出電阻率固有屬性及發(fā)現(xiàn)電阻定律。這個(gè)例子很好地說(shuō)明了只有在突出某些主要因素的同時(shí)忽略某些次要因素，才能更容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律、認(rèn)識(shí)事物。

2.在實(shí)際教學(xué)中，提升對(duì)物理模型的顯性化水平

（1）在講授新知識(shí)時(shí)，明確科學(xué)方法

科學(xué)的基本活動(dòng)就是探索和制定模型，諸如研究對(duì)象質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、桿杠、微觀粒子、電容器、電阻器、電源、用電器、變壓器、傳感器等；研究過(guò)程勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、動(dòng)態(tài)平衡等都是理性化的物理模型。在講授這些知識(shí)時(shí)，明確告知學(xué)生忽略了什么、突出了什么，如此處理解決了什么問(wèn)題，不這樣處理問(wèn)題解決情況又將如何。

（2）在講授抽象難懂的知識(shí)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型

高中物理中有很多現(xiàn)象難以理解，只有建立物理模型后才能融會(huì)貫通。例如靜電感應(yīng)現(xiàn)象、靜電平衡現(xiàn)象、法拉第圓筒現(xiàn)象、尖端放電現(xiàn)象、電流熱效應(yīng)等現(xiàn)象很難理解，只有建立金屬導(dǎo)體模型后，才有柳暗花明、茅塞頓開之感。

引導(dǎo)學(xué)生建模時(shí)，告訴學(xué)生不能僵化古板，避免教條主義，因?yàn)榻?gòu)的物理模型沒(méi)有對(duì)錯(cuò)之分，關(guān)鍵看能否解釋物理現(xiàn)象、解釋多少物理現(xiàn)象。物理模型的建構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)是：模型越簡(jiǎn)單越好，越易擴(kuò)展越好。模型越簡(jiǎn)單，附加具體條件，才能解釋更多現(xiàn)象，即擴(kuò)展性越強(qiáng)。

（3）在習(xí)題講評(píng)中，運(yùn)用物理模型

輕繩、輕桿、輕彈簧、自由桿、固定桿等都是習(xí)題中常見的對(duì)象模型，在習(xí)題講評(píng)中，應(yīng)深入淺出地引導(dǎo)學(xué)生理解它們：它們分別忽視了什么、突出了什么？可以解決什么問(wèn)題、不能解決什么問(wèn)題？這些模型有哪些共同點(diǎn)、有哪些不同點(diǎn)？……

引導(dǎo)學(xué)生按照物理模型方法總結(jié)一類習(xí)題，例如板塊模型、天體運(yùn)動(dòng)模型、機(jī)車啟動(dòng)模型、斜面模型、各類臨界模型等。在總結(jié)中，領(lǐng)悟物理模型，體會(huì)物理模型在理解知識(shí)、解決問(wèn)題中的作用。

三、多方建模化解知識(shí)難點(diǎn)

人們對(duì)某一事物的認(rèn)識(shí)過(guò)程總是循序漸進(jìn)、螺旋前進(jìn)，作為解讀事物的物理模型的構(gòu)建也是如此。例如，人們對(duì)宇宙觀的認(rèn)識(shí)由地方天圓說(shuō)到地心說(shuō)，到日心說(shuō)，再到爆炸說(shuō)……這是一個(gè)螺旋前進(jìn)的認(rèn)識(shí)過(guò)程?？茖W(xué)上，諸如此類的例子比比皆是。

在高中物理教學(xué)中，認(rèn)識(shí)、理解某些概念、規(guī)律也是如此。對(duì)某一事物循序漸進(jìn)、依據(jù)學(xué)情、按需層層構(gòu)建模型，是一個(gè)符合教學(xué)規(guī)律，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)、理解知識(shí)的有效策略，我們把它稱為“多方建?！苯虒W(xué)法。下面以閉合電路教學(xué)中運(yùn)用“多方建?！睘槔?。

由若干導(dǎo)線連接電源、用電器的閉合電路，一直是高中物理教學(xué)中一個(gè)難點(diǎn)，原因是認(rèn)識(shí)它需要突破層層難點(diǎn)：第一是電源電動(dòng)勢(shì)概念的突破，第二是電動(dòng)勢(shì)、外電壓、內(nèi)電壓之間關(guān)系的理解，第三是沿電流方向電勢(shì)升降特點(diǎn)認(rèn)知。新課標(biāo)教材似乎也認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，把電源電動(dòng)勢(shì)與閉合電路的電壓關(guān)系一分為二，分成兩節(jié)內(nèi)容來(lái)編寫。

為了突破這些難點(diǎn)，在教學(xué)中做了如表1的處理，層次合理，遵循了“最近發(fā)展區(qū)”的認(rèn)知理論，教學(xué)效果較好：采用類比法構(gòu)建模型一，有利于理解電源在電路中的作用，最終促進(jìn)電動(dòng)勢(shì)概念的構(gòu)建，而這將有利于電壓關(guān)系的推導(dǎo)；采用對(duì)比試驗(yàn)構(gòu)建模型二，運(yùn)用等效替代法突破了內(nèi)電路、內(nèi)電壓等概念，并從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上直接得出電壓關(guān)系結(jié)論；構(gòu)建模型三，進(jìn)一步顯示電動(dòng)勢(shì)在閉合電路中的意義，破除了電源兩極電壓即電動(dòng)勢(shì)的思維定勢(shì)；模型四是教材中呈現(xiàn)的模型，雖然反映了閉合電路中電勢(shì)升降情況，但是不利于理解電壓關(guān)系，學(xué)生難以一下子接受。在構(gòu)建模型二、模型三時(shí)，都基于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，從真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)，簡(jiǎn)化、純粹化，最終抽象得出模型。這有利于學(xué)生接受物理模型，最終促進(jìn)對(duì)知識(shí)的理解。

就單個(gè)模型的構(gòu)建來(lái)看，自成一體，前三個(gè)模型的構(gòu)建都有直接的現(xiàn)象（類比現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象）為基礎(chǔ)，依據(jù)現(xiàn)象構(gòu)建物理模型，每一個(gè)模型解決問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)不同；四個(gè)模型聯(lián)合來(lái)看，由易到難，層層遞進(jìn)，思維邏輯環(huán)環(huán)相扣，綜合四個(gè)模型，能夠很好地理解閉合電路有關(guān)概念和規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳運(yùn)保、馬亞強(qiáng).高中物理教材科學(xué)方法顯性化特點(diǎn)的文本分析[J].教學(xué)與管理，2014（11）.【責(zé)任編輯 郭振玲】