高中物理課堂模型教學(xué)的實(shí)踐研究

陳小飛

摘 要： 作為常見的知識(shí)載體，物理模型教學(xué)時(shí)常在高三物理一輪復(fù)習(xí)中出現(xiàn)，要通過(guò)合理教學(xué)保證學(xué)生理解模型蘊(yùn)含的知識(shí)和規(guī)律，為學(xué)生運(yùn)用知識(shí)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)?；诖耍恼陆Y(jié)合高三物理一輪復(fù)習(xí)特點(diǎn)，從模型建構(gòu)、分析、拓展和應(yīng)用四個(gè)層面對(duì)模型教學(xué)方法進(jìn)行了探討，為高中物理課堂教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞： 高中物理課堂;模型教學(xué);高三一輪復(fù)習(xí)

一、 引言

高中物理具有模型化的特點(diǎn)，運(yùn)用物理模型開展教學(xué)也能使學(xué)生的思維能力得到較好培養(yǎng)。在高三物理一輪復(fù)習(xí)階段，需要引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)物理知識(shí)理解和運(yùn)用，促使學(xué)生完成知識(shí)和技能鞏固，還應(yīng)在物理課堂引入模型教學(xué)，使教學(xué)效果得到改善。因此，加強(qiáng)高中物理課堂模型教學(xué)的實(shí)踐研究，以便一輪復(fù)習(xí)效果得到有效促進(jìn)。

二、 高中物理課堂模型教學(xué)分析

在高中課堂教學(xué)中，學(xué)生將遇到大致三類物理模型，具體包含對(duì)象模型、條件模型和過(guò)程模型。其中，對(duì)象模型用于對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行代替，例如質(zhì)點(diǎn)、輕桿、檢驗(yàn)電荷等;條件模型用于對(duì)研究條件進(jìn)行理想化處理，如恒力、光滑表面等;過(guò)程模型用于將物理研究過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，因?yàn)槲锢磉^(guò)程受多重因素影響，只有忽略次要因素才能完成問(wèn)題分析，如勻變速運(yùn)動(dòng)、非彈性碰撞等。尤其是在高中物理解題中，要求學(xué)生具備一定的物理基礎(chǔ)，能夠?qū)⒄莆盏奈锢碇R(shí)與問(wèn)題情景結(jié)合在一起，歸結(jié)成熟的物理模型，促使問(wèn)題得到順利解答。但就實(shí)際情況來(lái)看，模型稍有變化，學(xué)生就難以識(shí)別，盡管學(xué)生已經(jīng)熟悉了此物理模型，也難以將陌生物理情景與模型聯(lián)系在一起，難以通過(guò)類比建立過(guò)程模型，無(wú)法完成知識(shí)遷移，使得學(xué)生在物理問(wèn)題解答上能力不足。開展模型教學(xué)，以物理模型為核心引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)物理知識(shí)運(yùn)用，促使學(xué)生具備模型構(gòu)建、分析和運(yùn)用等能力，因此能夠加強(qiáng)學(xué)生能力鍛煉，使學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)得到提升。

三、 高三物理一輪復(fù)習(xí)與模型教學(xué)

高三物理一輪復(fù)習(xí)并非是對(duì)高中物理知識(shí)進(jìn)行重新講解，而是需要對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能進(jìn)行鞏固，引導(dǎo)學(xué)生深化知識(shí)理解和加強(qiáng)知識(shí)運(yùn)用，達(dá)到有效復(fù)習(xí)的目標(biāo)。而開展模型教學(xué)，能夠督促教師引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)物理問(wèn)題實(shí)踐分析，在對(duì)已有知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)的同時(shí)，能夠得到知識(shí)面的擴(kuò)大，并對(duì)已掌握的知識(shí)和技能進(jìn)行鞏固。在模型教學(xué)中，運(yùn)用模型解題，能夠使學(xué)生從對(duì)物理問(wèn)題的單一認(rèn)識(shí)變?yōu)榧訌?qiáng)物理過(guò)程的探索，幫助學(xué)生找到正確的解題思路，繼而得到學(xué)習(xí)效率提升。因此在高三物理一輪復(fù)習(xí)中開展模型教學(xué)，能夠使復(fù)習(xí)效果得到增強(qiáng)。

四、 高三物理一輪復(fù)習(xí)中的模型教學(xué)實(shí)踐

（一）巧設(shè)情景，引導(dǎo)建模

在高三物理一輪復(fù)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)完成了較多知識(shí)點(diǎn)和公式學(xué)習(xí)，但由于理解不深容易發(fā)生混淆。為幫助學(xué)生加強(qiáng)理解，教師還要進(jìn)行物理情景創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)物理知識(shí)理解，順利進(jìn)行物理模型建構(gòu)，在夯實(shí)知識(shí)的同時(shí)，理清各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，從而得到知識(shí)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)。例如，在學(xué)習(xí)“帶電粒子運(yùn)動(dòng)”的內(nèi)容時(shí)，為使學(xué)生能夠充分理解電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別對(duì)帶電粒子產(chǎn)生的加減速和偏轉(zhuǎn)、回旋作用，在復(fù)習(xí)課上還要先引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“回旋加速模型”的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)。如圖1所示，為回旋加速器模型，以兩個(gè)D形金屬盒為核心，分別接在高頻電源兩極，處于勻強(qiáng)為B的強(qiáng)磁場(chǎng)中。盒子間存在窄縫，寬為d，附近存在粒子源S。學(xué)生根據(jù)之前學(xué)習(xí)到的帶電粒子加速度原理，能夠?qū)牧Ｗ釉催M(jìn)入的質(zhì)子加速或減速情況展開分析，完成“交變電壓周期和離子運(yùn)動(dòng)周期相同”的知識(shí)點(diǎn)鞏固。完成經(jīng)典模型復(fù)習(xí)和運(yùn)用后，教師可以通過(guò)簡(jiǎn)單改變條件探索勻強(qiáng)磁場(chǎng)回旋、偏轉(zhuǎn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生重新建立模型，通過(guò)應(yīng)用模型解決物理問(wèn)題。具體來(lái)講，就是假設(shè)D形盒半徑R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于d的情況下，質(zhì)量m、電荷量q的粒子從A處發(fā)射，要求學(xué)生分析粒子從靜止到加速到出口需要的時(shí)間。通過(guò)學(xué)習(xí)探究，學(xué)生可以理清思路，在排除重力、相對(duì)論效應(yīng)的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)到粒子回旋加速最大動(dòng)能與盒子半徑和磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度密切相關(guān)。通過(guò)逐步引導(dǎo)，能夠避免學(xué)生對(duì)基本模型進(jìn)行盲目套用，以至于在物理解題中陷入思維定式。在遇到蘊(yùn)含相同物理知識(shí)和規(guī)律的問(wèn)題時(shí)，做到能夠?qū)ξ锢碇R(shí)、公式等進(jìn)行提煉，使構(gòu)建的模型得到適當(dāng)修改，繼而得到問(wèn)題解決和驗(yàn)證能力的培養(yǎng)。

圖1 回旋加速器模型

（二）分析模型，深化理解

在高三物理教學(xué)中，教師需要進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等能力，以便使學(xué)生能夠順利處理各種物理問(wèn)題。在高考題中，將對(duì)學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律和方法解決問(wèn)題的學(xué)科能力進(jìn)行重點(diǎn)考查，要求學(xué)生在建立物理模型后，能夠通過(guò)模型分析解答問(wèn)題。為使學(xué)生達(dá)到深度思考的層面，教師可以由淺入深的完成模型梯度設(shè)定，引導(dǎo)學(xué)生了解模型本質(zhì)，自覺(jué)完成知識(shí)遷移學(xué)習(xí)。例如，在學(xué)習(xí)“物體所受摩擦力變化和運(yùn)動(dòng)變化”的問(wèn)題時(shí)，可以建立孕體模型。在研究板塊疊加體的內(nèi)容時(shí)，包含受力分析、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等多方面的知識(shí)，分析過(guò)程中容易出現(xiàn)思維混亂的情況，導(dǎo)致學(xué)生重復(fù)套用各種公式，解題需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建孕體模型，可以將板塊疊加體看成是懷孕母體，根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)所處時(shí)刻的狀態(tài)對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)單分類，劃分為上動(dòng)下靜、下動(dòng)上靜、相對(duì)靜止三類，然后對(duì)模型進(jìn)行受力分析。根據(jù)模型對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行理解，能夠指導(dǎo)學(xué)生從時(shí)間、速度等角度分析物體所處狀態(tài)，然后對(duì)物體受力展開系統(tǒng)分析，把握板塊疊加體運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征。為激活學(xué)生的思維，教師可以將學(xué)生劃分為多個(gè)小組，分別對(duì)上動(dòng)下靜、下動(dòng)上靜、相對(duì)靜止開展討論。在討論過(guò)程中，學(xué)生可以掌握根據(jù)“母親”和“孩子”的狀態(tài)判斷是否發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法，確認(rèn)相對(duì)靜止條件下“母親”和“孩子”速度相等。根據(jù)固定時(shí)刻狀態(tài)進(jìn)行判斷，學(xué)生可以通過(guò)比較判斷摩擦力突變時(shí)刻，即相對(duì)靜止說(shuō)明二者間不受力或存在靜摩擦力，相對(duì)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明存在滑動(dòng)摩擦力。在模型分析的過(guò)程中，學(xué)生的思維可以得到不斷遞進(jìn)，從而順利突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，在腦海中形成完整知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，取得良好復(fù)習(xí)效果。

（三）拓展模型，整合思維

在對(duì)多種物理模型展開學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化，在把握物理知識(shí)關(guān)系的基礎(chǔ)上，形成一定問(wèn)題分析和解決能力。使學(xué)生在面對(duì)各種與物理模型有關(guān)的問(wèn)題時(shí)，都能實(shí)現(xiàn)模型歸結(jié)，并通過(guò)橫向延伸實(shí)現(xiàn)模型遷移運(yùn)用，繼而順利解答問(wèn)題。例如，在完成“子彈打木塊”這一基本模型學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)基本掌握如何判斷完全非彈性碰撞問(wèn)題，針對(duì)復(fù)雜多次碰撞情況也可以通過(guò)轉(zhuǎn)換參考系分析子彈在木塊中的運(yùn)動(dòng)位移，列出系統(tǒng)能量守恒公式。但實(shí)際上，這一公式還涉及彈簧力、電場(chǎng)力等不同力，能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行拓展，使學(xué)生完成知識(shí)遷移，學(xué)會(huì)運(yùn)用過(guò)程模型解決相關(guān)問(wèn)題。在實(shí)踐教學(xué)中，教師可以先進(jìn)行模型簡(jiǎn)單拓展，要求學(xué)生解決“靜止光滑水平面上，小木塊以水平速度撞上右端豎直擋板”的問(wèn)題。憑借之前換位思考經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生可以確認(rèn)木塊與擋板間的作用是否依然具備“子彈打木塊”的模型特征，在確定小木塊相對(duì)位移后，思考多次碰撞能量損失問(wèn)題。在學(xué)生已經(jīng)完成思維轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，教師可以對(duì)模型進(jìn)一步拓展，如提出“木塊與一端被固定的輕質(zhì)彈簧發(fā)生碰撞”等問(wèn)題。此時(shí)，學(xué)生接觸到的物理情景已經(jīng)發(fā)生變化，但是仍然具備典型模型特征。對(duì)前面積累的知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用，學(xué)生能夠?qū)Ψ菑椥耘鲎驳倪^(guò)程模型進(jìn)行建構(gòu)和分析，從能量守恒角度尋求問(wèn)題解決答案。

（四）體驗(yàn)應(yīng)用，融會(huì)貫通

引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)、分析物理模型，并對(duì)模型進(jìn)行拓展，目的在于使學(xué)生能夠在各種變異空間中完成思維轉(zhuǎn)換，從而根據(jù)自身掌握的事物本質(zhì)加強(qiáng)模型創(chuàng)造性運(yùn)用，得到思維品質(zhì)的改善。在學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)得到培養(yǎng)的情況下，面對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中各種復(fù)雜的物理問(wèn)題，才能從不同角度進(jìn)行分析，避免片面、刻板地看待問(wèn)題。從物理解題角度來(lái)看，則要引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)物理模型應(yīng)用體驗(yàn)，以便在高三物理一輪復(fù)習(xí)時(shí)做到對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行融會(huì)貫通，能夠解答各種問(wèn)題。例如，在對(duì)“磁會(huì)聚和磁發(fā)射”的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)掌握“磁會(huì)聚和磁發(fā)射模型”運(yùn)用方法，形成了相應(yīng)知識(shí)框架，教師可以通過(guò)實(shí)際訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生模型靈活運(yùn)用能力。具體來(lái)講，就是在完成典型例題講解后，設(shè)定“半徑R的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面勻強(qiáng)磁場(chǎng)，強(qiáng)度為B，右側(cè)存在豎直感光板，圓弧頂P發(fā)射速度v、質(zhì)量m、電荷量q的帶電粒子”題干，分別提出“對(duì)準(zhǔn)圓心射入，求粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度水平分量”“以任意角射入，證明粒子離開磁場(chǎng)后能否垂直打在感光板上”兩個(gè)子問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題拓展延伸。在實(shí)際分析的過(guò)程中，學(xué)生需要先根據(jù)題目條件建立磁發(fā)射模型，判斷粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，然后利用牛頓第二定律進(jìn)行求解。在第二問(wèn)題解答時(shí)，需要建立新模型，得到帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向與入射方向無(wú)關(guān)。在全面回顧所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，采取不同模型求解同一道題目，可以使學(xué)生解決問(wèn)題的思路得到開拓，能夠在加強(qiáng)學(xué)生解題能力鍛煉的同時(shí)，學(xué)會(huì)以變式尋求問(wèn)題答案，繼而在物理解題中做到舉一反三。

五、 結(jié)論

作為以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，高中物理要求學(xué)生積極動(dòng)腦思考，加強(qiáng)物理問(wèn)題的實(shí)踐探索。開展模型教學(xué)，能夠指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合不同物理情景對(duì)想要研究的物理問(wèn)題進(jìn)行確認(rèn)，并通過(guò)建模完成物理問(wèn)題探究。因此在高三物理一輪復(fù)習(xí)中，運(yùn)用模型教學(xué)能夠加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和技能鞏固。在實(shí)踐教學(xué)中，還要圍繞模型構(gòu)建、分析、拓展和應(yīng)用指導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)，以便取得良好復(fù)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉宇虹.簡(jiǎn)約課堂框架下高中物理深度學(xué)習(xí)的創(chuàng)設(shè)——以高三復(fù)習(xí)課“傳送帶模型”的教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（24）：8-9.

[2]汪小明，魯小東.基于核心素養(yǎng)的高三物理一輪復(fù)習(xí)教學(xué)探討——以“碰撞中動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用”為例[J].物理通報(bào)，2019（7）：79-84.

[3]李宏彬.高三物理第一輪復(fù)習(xí)策略探究[J].成才之路，2019（12）：90.

[4]王彩宇.物理模型教學(xué)在高三物理復(fù)習(xí)中的實(shí)踐策略[J].科學(xué)咨詢（教育科研），2018（5）：92-93.

作者簡(jiǎn)介：

陳小飛，浙江省溫州市，浙江省蒼南中學(xué)。