運(yùn)用物理建模，促進(jìn)教學(xué)相長

宋敏麗

【分類號(hào)】G633.7

教學(xué)是一個(gè)教學(xué)相長的活動(dòng)過程，如何實(shí)現(xiàn)這一理想的教育目標(biāo)，不僅僅需要教師在教學(xué)中把既定的教學(xué)內(nèi)容完成，更重要的是在教學(xué)過程中讓學(xué)生真正理解知識(shí)，領(lǐng)會(huì)方法，獲得提高，從而反過來促進(jìn)教師的教學(xué)。所以，就物理教學(xué)來講，如何將抽象的、復(fù)雜的物理知識(shí)傳授給學(xué)生，幫助他們更好地理解物理，掌握揭開物理之謎的方法，形成更好的科學(xué)思維，如此，才能讓學(xué)生無論是在學(xué)習(xí)物理理論知識(shí)還是在具體的工作生活實(shí)踐中運(yùn)用物理知識(shí)，形成真正的物理思維。為了達(dá)成這一教學(xué)目標(biāo)，有效地利用物理建模以促進(jìn)教學(xué)效果，是一項(xiàng)具有現(xiàn)實(shí)操作意義的教學(xué)方法。

首先，充分理解什么是物理建模，以及物理建模的基本思想是運(yùn)用物理建模促進(jìn)教學(xué)的第一步。

物理建模的思想主要源自于人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)規(guī)律。人們面對(duì)復(fù)雜的物理現(xiàn)象，在不能直接獲得解答辦法的時(shí)候，往往依靠自己的直覺去進(jìn)行思考和判斷。直覺是個(gè)人認(rèn)識(shí)外在事物最迅速、最敏銳的心理機(jī)制，物理建模正是基于個(gè)人的直覺能力來設(shè)計(jì)的解答物理問題的方法之一。

物理建模是由兩個(gè)方面來促成的，首先是物理概念、物理規(guī)律和物理的基本方法等物理知識(shí)，其次是物理的實(shí)際問題在人的直覺認(rèn)識(shí)中形成了新的表象，這兩者共同構(gòu)成了物理模型建構(gòu)的重要基礎(chǔ)。所以，概括言之，物理模型是知識(shí)因素和思維活動(dòng)相結(jié)合而產(chǎn)生的對(duì)物理認(rèn)識(shí)具有直接促進(jìn)作用的研究方法，它采用比較形象直觀的方式來補(bǔ)充抽象思維在認(rèn)識(shí)問題上的復(fù)雜性與不足，將具體問題化繁為簡(jiǎn)，從而促進(jìn)對(duì)問題的認(rèn)識(shí)與解答。比如，我們?cè)谘芯课矬w在合力情況下產(chǎn)生的動(dòng)能定理當(dāng)相關(guān)問題時(shí)，建構(gòu)物理模型進(jìn)行分析就顯得非常必要，而且非常有效，通過建構(gòu)模型，學(xué)生能夠比較直觀地理解相關(guān)問題，從而獲得對(duì)該問題的解決。

其次，充分利用物理建模，提高教學(xué)的有效性。

一般來講，物理課程的任何理論都直接與物理現(xiàn)象對(duì)應(yīng)，將抽象、復(fù)雜、難以理解的物理知識(shí)通過物理建模進(jìn)行分解、演示、推演、實(shí)驗(yàn)，以幫助學(xué)生增強(qiáng)理解，培養(yǎng)他們利用建模的方式來解答物理難題，這是教學(xué)有效性的重要方面。所以，充分利用物理建模，對(duì)提高教學(xué)有效性來講，非常具有實(shí)踐操作性。比如，在關(guān)于動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒綜合應(yīng)用題的解答中，幫助學(xué)生建立一個(gè)諸如子彈打木塊的“模型”，就能很好地解答動(dòng)量守恒與機(jī)械能守恒的問題。

如上圖，通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)打擊過程動(dòng)量守恒、子彈動(dòng)能的損失、木塊動(dòng)能的增加和系統(tǒng)機(jī)械動(dòng)能的增加的分別求解，對(duì)于動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的問題也就能清楚地理解了。

這里還必須針對(duì)物理建模和教學(xué)有效性的關(guān)系做進(jìn)一步的說明和強(qiáng)調(diào)。其一，建模一定是通過模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠促發(fā)學(xué)生的相關(guān)聯(lián)想，以達(dá)到對(duì)題目和相關(guān)知識(shí)的理解和把握；其二，不能拘泥于僵硬的知識(shí)，必須抓住建模的本質(zhì)，靈活地運(yùn)用已有知識(shí)來凸顯建模的實(shí)用性；其三，構(gòu)建合理的知識(shí)體系，有效地促發(fā)學(xué)生的聯(lián)想思維，從而實(shí)現(xiàn)建模對(duì)教學(xué)的實(shí)際幫助。做好這三個(gè)方面的工作，基本上就滿足了物理教學(xué)中物理建模的基本要求，這對(duì)于提升教學(xué)有效性來講，是非常重要的。一旦幫助學(xué)生掌握了這種方法，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)和考試中，就能比較熟練和靈活地運(yùn)用物理建模的方法，從而提高他們的物理學(xué)習(xí)興趣以及提高學(xué)習(xí)成績。

最后，幫助學(xué)生掌握物理建模的基本類型，從而形成體系化的建模思想。

物理模型是物理思想的直接產(chǎn)物，是在科學(xué)地研究物理問題中，不可或缺的物理思維和研究方法，所以，根據(jù)物理知識(shí)的基本情況，就可以將物理模型做基本的歸納，以方便學(xué)生更加全面地掌握這種思維和方法。

其一，是將物理對(duì)象模型化。這是將物理中某些客觀的實(shí)體及其現(xiàn)象，通過凸顯其本質(zhì)，模擬其基本物理事實(shí)來建模的。比如質(zhì)點(diǎn)的問題，就可以舍去物體的形狀大小、轉(zhuǎn)動(dòng)等基本性能，而強(qiáng)調(diào)它所處之位置與質(zhì)量等特點(diǎn)，簡(jiǎn)化為一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)。

其二，將物理對(duì)象的所處環(huán)境模型化。物理對(duì)象總是在一定的環(huán)境中運(yùn)行的，這些環(huán)境構(gòu)成了重要的物理環(huán)境，對(duì)其物理環(huán)境進(jìn)行模型化，就能將抽象運(yùn)動(dòng)問題更加直觀地模擬出來。比如力學(xué)中的光滑面， 熱學(xué)中的絕熱容器， 電學(xué)中的

勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等等， 都是把物體所處的條件理想化了。

其三，將物理狀態(tài)及其過程模型化。物理狀態(tài)總是在一定的過程中演變的，比如自由落體、勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)恒電流、等溫變化、等容變化、等壓變化等物理狀態(tài)及其過程，都能夠通過模型化進(jìn)行分解和分析，從而加深認(rèn)識(shí)，深入理解。

其四，理想化實(shí)驗(yàn)和物理中的數(shù)學(xué)模型。很多物理學(xué)問題都是可以通過理想化實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行邏輯推理的，并對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行分析推理，找到物理規(guī)律，比如伽利略的理想實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，物理問題中的數(shù)學(xué)模型也是一個(gè)重要的研究方法，因?yàn)楹芏辔锢韱栴}是可以用數(shù)學(xué)的方式來進(jìn)行建模的，從而加深對(duì)該問題的認(rèn)識(shí)和理解。例如， 在研究外力一定時(shí)加速度和質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中， 認(rèn)為小車受到的拉力等于砂和砂桶的重力。其實(shí)， 小車受到的拉力不正好等于砂和砂桶的總重力， 只有砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量時(shí)， 才可近似地取砂和砂桶的總重力為小車所受的拉力， 這是我們采取簡(jiǎn)化計(jì)算的一種數(shù)學(xué)模型。

掌握各種類別的建模思想，針對(duì)性地開展建模訓(xùn)練，提升學(xué)生的物理研究能力和學(xué)習(xí)能力，通過倡導(dǎo)和推進(jìn)建模對(duì)物理教學(xué)的實(shí)踐意義，是提升物理教學(xué)的關(guān)鍵之一。endprint