“教而有序，學(xué)而有趣”物理模型教學(xué)法探索

浙江 厲 杰

課堂教學(xué)是教師完成教學(xué)任務(wù)的主要手段，也是學(xué)生獲取知識(shí)的主要來(lái)源。課堂教學(xué)中的內(nèi)容、內(nèi)容呈現(xiàn)的方式、教師教授的風(fēng)格、利用的情景等都與學(xué)生獲取知識(shí)的效率息息相關(guān)，并且各門(mén)學(xué)科之間還會(huì)互相影響。因此，教應(yīng)以學(xué)為本，學(xué)應(yīng)以趣為先。教師要樹(shù)立正確的課堂教學(xué)目標(biāo)，選取合適的教學(xué)方法，以學(xué)生為本，建立科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，全面提高中學(xué)課堂的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

本文所要呈現(xiàn)的就是以高中物理教學(xué)為例，探索如何改進(jìn)現(xiàn)有教育模式，以適應(yīng)新時(shí)代的需求，寓教于樂(lè)，寓學(xué)于樂(lè)。

一、改進(jìn)物理教學(xué)方法的必要性

物理，作為一門(mén)高中階段的重要課程，令許多學(xué)生望而生畏，卻又不得不屈服在高考面前，心不甘、情不愿的學(xué)完三年物理，而后如獲大釋?zhuān)松辉冈倥鑫锢怼＿@體現(xiàn)出物理這一學(xué)科教與學(xué)的矛盾。教師不知道如何教簡(jiǎn)單，學(xué)生不知道如何學(xué)輕松。

所以，物理作為一門(mén)傳統(tǒng)的重要學(xué)科，背后的物理教育工作者應(yīng)該打破傳統(tǒng)的教育教學(xué)方法，勇于追尋新的教學(xué)模式，大膽創(chuàng)新，將抽象、難以理解的物理以一種更為形象，更能給學(xué)生有直觀感受的形式呈現(xiàn)，繼而刺激學(xué)生探索的欲望，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。一個(gè)敢于創(chuàng)新、突破的教師才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生能夠提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，以物理知識(shí)推導(dǎo)物理知識(shí)，甚至假設(shè)猜想，從而增加學(xué)習(xí)的趣味性，奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

雖然在傳統(tǒng)教學(xué)模式下培養(yǎng)的學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握比較牢固，但是當(dāng)遇到解決實(shí)際問(wèn)題、進(jìn)行探索性的工作時(shí)就顯得力不從心，不知如何下手，而且學(xué)生普遍認(rèn)為物理既難學(xué)又沒(méi)用，缺乏對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。而開(kāi)展模型教學(xué)將有效改善這些問(wèn)題。

二、物理模型教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)

同時(shí)新教學(xué)方法的選擇也必須與課堂教學(xué)的本質(zhì)內(nèi)容相吻合，不能一概否認(rèn)傳統(tǒng)教學(xué)方式，更不能照搬、照抄其他學(xué)科及學(xué)段的教學(xué)方法，應(yīng)根據(jù)物理學(xué)科的特性和教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)方式。模型，就是將一些復(fù)雜的東西精簡(jiǎn)。如用來(lái)代替研究對(duì)象實(shí)體的對(duì)象模型：質(zhì)點(diǎn)、輕繩、輕桿、輕滑輪、輕彈簧、不可伸長(zhǎng)的細(xì)線、理想氣體、點(diǎn)電荷(光源)、檢驗(yàn)電荷、理想電表、理想變壓器、勻強(qiáng)電(磁)場(chǎng)、純電阻用電器等；把研究對(duì)象所處的外部條件理想化建立的條件模型:光滑表面、恒力、真空、無(wú)阻力等；忽略次要因素作用，考慮主要因素引起變化過(guò)程的過(guò)程模型:勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、碰撞等。

本著“化繁為簡(jiǎn)、輕負(fù)高效、趣味教學(xué)”的中心理念，在高中物理教學(xué)階段，就非常有必要開(kāi)展物理模型教學(xué)。

1.高中階段學(xué)生的認(rèn)知、經(jīng)驗(yàn)都足以建立模型與思維圖片

基于高中階段學(xué)生的年齡特點(diǎn)，適合開(kāi)展這種新型教學(xué)方式。在初中階段，學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)不足，思維體系還不完善，生活經(jīng)驗(yàn)也不充分，這些都嚴(yán)重阻礙了模型教學(xué)的開(kāi)展。模型教學(xué)雖然可以化抽象為形象，但也需要學(xué)生對(duì)物理情景和事物有一定的了解，才能明白其中原理。

所以說(shuō)，高中階段更適合開(kāi)展模型教學(xué)。通過(guò)將一段繁瑣文字以圖形方式呈現(xiàn)，而圖片包含的信息會(huì)更加直觀，數(shù)據(jù)也會(huì)更具體實(shí)用，避免了解題過(guò)程中不斷回頭找數(shù)據(jù)帶來(lái)的失誤和心理負(fù)擔(dān)，同時(shí)也可以節(jié)約大量重復(fù)審題的時(shí)間，減輕學(xué)生記憶負(fù)擔(dān)。在高中物理考試時(shí)間緊迫的情況下，這種方法可以大大提高解題效率。

以高中物理必修2《機(jī)械能守恒定律》一章中的一道簡(jiǎn)單題目為例。

【例1】小球從高處下落到豎直放置、下端固定的輕質(zhì)彈簧上。小球從接觸彈簧開(kāi)始到將彈簧壓縮到最短的過(guò)程中(彈簧保持豎直)，下列關(guān)于能的敘述正確的是 ( )

A．小球的動(dòng)能先增大后減小

B．小球的重力勢(shì)能先增大后減小

C．彈簧的彈性勢(shì)能先增大后減小

D．小球的機(jī)械能先增大后減小

這道題目以文字形式呈現(xiàn)，需要學(xué)生解題時(shí)形成空間想象，特別是對(duì)彈簧彈力大小方向的把握，及彈力與重力大小的比較，對(duì)物理思維要求較高，很多學(xué)生會(huì)覺(jué)得力不從心。

但是，如果學(xué)生是采用物理模型法解題的話，他的第一反應(yīng)就不會(huì)是不斷地去讀題目獲取需要的信息，而是會(huì)畫(huà)出這道題的物理情境圖。

如圖1。這就是將抽象的語(yǔ)言文字轉(zhuǎn)化為生動(dòng)直觀的模型，學(xué)生自己一看就明白題目描述什么，避免了重復(fù)審題。當(dāng)然，只畫(huà)出圖形肯定還不夠，這就需要老師在進(jìn)行模型教學(xué)時(shí)加以引導(dǎo)，啟發(fā)如何用圖形去解題。

2.高中物理教師可以利用物理模型，軟化教學(xué)難點(diǎn)

物理這門(mén)學(xué)科，在傳統(tǒng)教學(xué)中，注重知識(shí)的傳授，不重視學(xué)生對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟。大多數(shù)情況是老師用語(yǔ)言或書(shū)本上的文字對(duì)物理情形進(jìn)行描述，又因其學(xué)科特性，往往不能直接在學(xué)生的思維中形成時(shí)空?qǐng)D象。再加上其他學(xué)科如文科中的語(yǔ)文和英語(yǔ)，多是一些意境、感受、語(yǔ)境；而政治、歷史、地理都以記憶、理解為重；理科如數(shù)學(xué)，則是大量的運(yùn)算為主；化學(xué)、生物注重記憶加推導(dǎo)。這些科目都不同于物理，物理需要在腦海里組織、呈現(xiàn)大量的圖象，并對(duì)抽象的物理情景進(jìn)行分析。這也正是物理這門(mén)課程的教學(xué)難點(diǎn)所在。

所以，如果物理教師可以在課堂教學(xué)中，引入大量的物理模型，去幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系圖片，建立具體的物理情景，學(xué)生將會(huì)更加容易接受。這時(shí)，物理模型就會(huì)在教學(xué)中起到重要的作用。將題目構(gòu)建物理模型的教學(xué)，可以讓老師更容易講授物理知識(shí)中的重難點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)，學(xué)生也能更好、更快地理解和接受物理知識(shí)。當(dāng)學(xué)生理解并接受老師所傳授的物理模型以后，可以使他們學(xué)到的知識(shí)基礎(chǔ)更加扎實(shí)。在遇到相類(lèi)似的題目時(shí)，也可以做到舉一反三，分類(lèi)拓展。

現(xiàn)在，我們回到例1，這是一道考查學(xué)生對(duì)動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒條件的掌握和應(yīng)用情況的題目。重在說(shuō)明包括重力、彈力在內(nèi)的力做功可以引起物體動(dòng)能變化，且合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能變化量，而重力、彈力做功不能改變系統(tǒng)機(jī)械能。

教師在講解這道題目時(shí)，就可以在圖1基礎(chǔ)上加以引申，畫(huà)出圖2。

學(xué)生作圖的話大致只能畫(huà)出1、3兩根線，而教師可以通過(guò)受力分析引導(dǎo)出2號(hào)線。

1————對(duì)應(yīng)小球剛要接觸彈簧位置

2————對(duì)應(yīng)小球所受重力等于彈簧彈力位置

3————對(duì)應(yīng)彈簧壓縮到最低點(diǎn)位置

畫(huà)出三根線以后，這道題目就已經(jīng)一目了然了，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，不同受力特點(diǎn)。故本題選：A。這就是模型教學(xué)法。等學(xué)生遇到相似問(wèn)題時(shí)，也就會(huì)聯(lián)想腦海里的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，迅速建立模型，求解正確答案，提高學(xué)習(xí)效率。如：

【例2】一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落，到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離。假定空氣阻力可忽略，運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是 ( )

A．運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能先增大后減小

B．運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能先增大后減小

C．蹦極繩的彈性勢(shì)能先增大后減小

D．運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能先增大后減小

同理，本題選：A。

三、物理模型教學(xué)法案例

【例3】如圖3所示，一個(gè)半徑R很大的光滑弧形小槽,在槽的最低點(diǎn)的正上方高h(yuǎn)處放置一個(gè)小球A,當(dāng)A自由落下時(shí),另一個(gè)小球B正從槽邊由靜止釋放,為使A球在達(dá)到小槽O點(diǎn)之前能夠與B球相碰,高度h應(yīng)滿足什么條件?

【分析】善用物理模型的學(xué)生應(yīng)該很清楚，此題涉及兩個(gè)物理模型：自由落體和單擺模型。所以在解題過(guò)程中建立這兩個(gè)模型來(lái)求解可以讓題目變得非常簡(jiǎn)單。

小球A的運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，它到達(dá)O點(diǎn)的時(shí)間很容易根據(jù)自由落體模型的運(yùn)動(dòng)規(guī)律得出，并且每一個(gè)高度對(duì)應(yīng)的時(shí)間是一個(gè)定值。

難以處理的是小球B的運(yùn)動(dòng)，小球B做的是變速曲線運(yùn)動(dòng)，它到達(dá)O點(diǎn)的時(shí)間不易得出。這里我們就可以將小球B的運(yùn)動(dòng)近似看成單擺模型，在題中給予的條件下，用一個(gè)理想的單擺模型代替了復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，這樣很容易得出小球B到O點(diǎn)的時(shí)間。而且還可以根據(jù)單擺(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))的周期性得出此題應(yīng)存在周期性問(wèn)題，大大降低了題目難度和解題時(shí)間，提升學(xué)習(xí)效率、增大學(xué)習(xí)趣味性。

四、繼往開(kāi)來(lái)，繼續(xù)深入研究創(chuàng)新教育教學(xué)方法

物理模型教學(xué)，是理論結(jié)合實(shí)際，讓物理走進(jìn)生活的一種新穎的教學(xué)手段，具有一定的優(yōu)越性。和講授式教學(xué)相比，模型教學(xué)更注重學(xué)生的參與和互動(dòng)思考。物理模型教學(xué)的采用，極大地推動(dòng)了物理知識(shí)學(xué)習(xí)的效率和效果，并且明顯增強(qiáng)了大腦中的物理知識(shí)的連貫和互通性，使得不同的物理知識(shí)之間得到更加系統(tǒng)的、緊密的聯(lián)系，同時(shí)也更好地鍛煉了我們的思維和動(dòng)手創(chuàng)造、創(chuàng)新能力。