模型構(gòu)建在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

洪燕鳳

摘 要：新課程改革全面實施，對傳統(tǒng)教學(xué)理念與教學(xué)方式形成沖擊，師生教與學(xué)發(fā)生較大變化。說明傳統(tǒng)灌輸式學(xué)習(xí)已不適用于現(xiàn)代教育趨勢，需要尋求新型教學(xué)方式維持學(xué)生探究知識欲望。高中物理知識和初中階段相比無論容量還是難度均有所增大，知識點分散于各個章節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中需要合并分散的知識點后形成完整知識體系，此時突顯模型構(gòu)建重要性和必要性。教師在教學(xué)中通過講解模型能幫助學(xué)生高效理解和掌握物理現(xiàn)象和規(guī)律，提高學(xué)習(xí)效率。對此，本文則從多方面分析在物理教學(xué)應(yīng)用模型構(gòu)建策略，望給予教師教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：高中物理;模型構(gòu)建;應(yīng)用策略

物理是高中教育重要組成，知識內(nèi)容相對豐富，對學(xué)生抽象思維有著較高要求。正因如此，傳統(tǒng)讓學(xué)生理解概念和定律等教學(xué)方式不適用于現(xiàn)代高中物理教學(xué)，因為未讓學(xué)生充分理解知識內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生無法將所學(xué)物理知識應(yīng)用于實踐當(dāng)中，降低學(xué)習(xí)效率。物理模型是當(dāng)前很多高中物理教師廣泛應(yīng)用的教學(xué)方式，具有顯著的美學(xué)性、科學(xué)性與抽象性特征，在建模中需要學(xué)生融合多個知識點，強化對所學(xué)知識理解，從而形成系統(tǒng)化學(xué)習(xí)思維，全面提高物理教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生應(yīng)試能力。

一、優(yōu)化模型構(gòu)建教學(xué)

縱觀高中物理課堂教學(xué)現(xiàn)狀得知，即使學(xué)生具備模型構(gòu)建意識，但在具體構(gòu)建中普遍存在意識薄弱和概念模糊以及無法解決實際問題情況，因而高中物理教師應(yīng)結(jié)合實際情況在教學(xué)中應(yīng)用模型構(gòu)建，提高物理教學(xué)效率。具體可從以下方面著手：首先重視物理基礎(chǔ)教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生掌握技能;毫無疑問，扎實的基礎(chǔ)能力是學(xué)生建立物理模型的關(guān)鍵所在，究其原因構(gòu)建模型時需運用眾多知識點作為支撐，對學(xué)生理解和掌握物理基礎(chǔ)知識與技能提出較高要求。高中物理教師在教學(xué)中需重視夯實學(xué)生基礎(chǔ)，除了重視培養(yǎng)學(xué)生技能，還要幫助學(xué)生夯實基礎(chǔ)知識，促使學(xué)生具備運用所學(xué)物理知識分析與解決問題能力，隨即圍繞物理知識構(gòu)建模型，提高物理學(xué)習(xí)效率。

以“動量守恒定律”教學(xué)為例，該章節(jié)經(jīng)典物理模型為“人船模型”，此模型涉及動量守恒定律、運動學(xué)相對位移、牛頓運動定律等多方面知識點。物理教師在講解模型前需指導(dǎo)學(xué)生回顧舊知，隨即講解新知。在此過程中可結(jié)合具體例題講解知識，例如在復(fù)習(xí)相對位移知識時，教師為學(xué)生呈現(xiàn)以下習(xí)題：在一片光滑水平地面分別疊放一塊木板與木塊，其中木塊處于長木板的右邊，再對長木板添加一個水平向左的拉力，如果想要使物體牢固地放置于木板上，拉力要處于哪種范圍內(nèi)？與此同時，還有以下條件：物體質(zhì)量為1kg，長木板長為2米，質(zhì)量為3kg，其中長木板與物體之間的動摩擦因素為0.1。高中物理教師可先讓學(xué)生自主分析上述題目并嘗試解答，待學(xué)生思考解答后可為學(xué)生解決，夯實之前所學(xué)的相對位移概念的同時為后續(xù)構(gòu)建物理模型做好鋪墊。其次重視模型構(gòu)建步驟;只要明確模型構(gòu)建步驟才能更好地指導(dǎo)學(xué)生理解知識，教師需指導(dǎo)學(xué)生基于已有知識經(jīng)驗了解構(gòu)建模型步驟，改變以往思維缺陷，使學(xué)生高效運用所學(xué)知識分析和解決實際問題。一般模型構(gòu)建有以下步驟，其一，了解情境，物理教師需指導(dǎo)學(xué)生充分理解知識并基于此創(chuàng)設(shè)情景，使學(xué)生學(xué)會透過表象了解知識本質(zhì)特征。其二對比分析相似模型，運用物理語言表現(xiàn)新模型特征;其三結(jié)合全新的物理模型創(chuàng)設(shè)情境并深入思考，對所需知識產(chǎn)生深刻印象。例如在構(gòu)造人船模型時，教師在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生逐步建模，先讓學(xué)生熟悉情景，即在靜止的水面上停留一個質(zhì)量為M的船，此時有一位質(zhì)量為M的人從船的一頭走向船體的另一頭，請問人與船在此過程中需要位移多少？提出問題后，先讓學(xué)生回憶物理教材中與模型有著緊密聯(lián)系的知識。隨即提出以下問題：“若將船與人看作一個整體，此時人從船頭走向船尾，在不計算水的阻力前提下請問該運用哪種力量促使人與船運動，該系統(tǒng)又需要滿足哪些物理定律？”學(xué)生在物理教師引導(dǎo)下經(jīng)討論后得出專屬于自己的答案：“人和船在相互作用下屬于相互運動狀態(tài)，將二者看作一個整體，其中水平方向無任何外力，因此可以認(rèn)定為該系統(tǒng)水平方向為動量守恒?！蔽锢斫處熢贋閷W(xué)生歸納總結(jié)人船模型的能量規(guī)律與動量學(xué)規(guī)律，在總結(jié)之前特征的基礎(chǔ)上得出“人船模型”問題定義。最后教師對之前創(chuàng)建的模型情景實施遷移，并為學(xué)生提供變形題，讓學(xué)生自主分析例題中情景不同之處，如果本質(zhì)類型相同的題目可稱作人船模型。第三借助習(xí)題強化思想，增強建模能力;教師在教學(xué)完畢后可為學(xué)生提供典型例題，提高學(xué)生建模能力。相同物理模型經(jīng)系統(tǒng)遷移和情景改變后可設(shè)計出不同類型物理習(xí)題，讓學(xué)生在課前獨立自主完成。在習(xí)題課之前歸納總結(jié)學(xué)生完成情況，充分了解學(xué)生掌握物理模型情況，由此一來在習(xí)題課上有針對性講解知識，強化對所學(xué)物理知識理解。例如在講解動量守恒定律知識后，教師提出以下例題，其一為“人船模型”基礎(chǔ)題目，目的在于幫助學(xué)生鞏固復(fù)習(xí)新知。其二為變形題，通過設(shè)置人與氣球的情景后引入人船模型，將一個質(zhì)量為M的氣球懸掛在長為L的繩梯上，人沿著繩梯慢慢向上爬，人的質(zhì)量為m，當(dāng)人的向上爬行時，氣球處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)人爬至最頂端時，請問氣球與人移動距離為多少？第三也為變形題，為物體在斜面上運動場景，通過解答上述三道題目深化對人船物理模型理解，再為學(xué)生講解機械能守恒與人船模型知識，進一步鞏固復(fù)習(xí)所學(xué)物理模型。

二、明確模型構(gòu)建程序

高中物理教師在應(yīng)用模型構(gòu)建時需明確相關(guān)程序，使物理模型更好地服務(wù)于學(xué)生學(xué)習(xí)。一般物理模型構(gòu)建程序有以下方面，首先分析研究對象原型特征;建立物理模型的重點在于準(zhǔn)確把握研究對象本質(zhì)特征并基于此做出正確抽象。借助構(gòu)建物理模型掌握分析問題和解決問題方法，形成縝密的邏輯思維，整個思維過程相對明顯，因而對于物理模型而言，明確物理對象每個細(xì)節(jié)。其次確定影響研究對象主次因素;毫無疑問，緊抓主要矛盾是建立物理模型重點，要在此過程中突顯研究對象特征，但不能忽略次要特征，得出易于認(rèn)識客觀事物的本質(zhì)規(guī)律，達(dá)到成功解決實際問題，目的。如果不分主次考慮所有因素則無法深入研究，甚至無法分析簡單物理現(xiàn)象。物理教師指導(dǎo)學(xué)生建立模型時時要緊抓具體問題展開分析，明確決定事物的主要因素和次要因素，以及哪些為必然和偶然因素，由此建立科學(xué)合理的物理模型，發(fā)展學(xué)生抽象思維能力。第三把握研究對象本質(zhì)特征并做出合理抽象;當(dāng)學(xué)生確立原性特征與主次因素后，就需緊抓本質(zhì)特征主要因素進行抽象，隨即得出所需模型。物理模型建立的基礎(chǔ)圍繞物理理論和規(guī)律，尤其物理學(xué)目的在于探索廣泛存在于自然界的各種運動規(guī)律，促使人們對世界產(chǎn)生深刻認(rèn)識。如果想要達(dá)到上述目的，就需歸納總結(jié)充分反映物理過程、現(xiàn)象等在相關(guān)條件下發(fā)展與變化規(guī)律，準(zhǔn)確揭示事物間聯(lián)系和本質(zhì)屬性，更要求在此過程中形成嚴(yán)密性和系統(tǒng)化的物理理論。眾所周知，自然界物質(zhì)和事物有著顯著的多樣性與復(fù)雜性特征，如果基于物理客體研究問題則會變得復(fù)雜化，難以得出定理描述化的物理規(guī)律，此時就要求學(xué)生準(zhǔn)確把握對象本質(zhì)特征并對其抽象，從而得出真實反映客體本質(zhì)屬性物理模型，從而得出真實且全面地反映事物客體原因。

以“單擺”教學(xué)為例，構(gòu)建該知識物理模型可遵循上述特征，首先組織典型演示實驗，分析特征和明確主要因素;單擺屬于理想化模型，擺球質(zhì)量在實際中遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擺線質(zhì)量，基本可以忽略擺線形變，長度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擺球直徑，所以將運用細(xì)繩掛的小球可看作單擺。如果細(xì)繩懸掛的小球擺動擺角小于5°，那么就可認(rèn)為小球振動周期與球的質(zhì)量毫無關(guān)聯(lián)，甚至與球的大小也無關(guān)聯(lián)，要將該系統(tǒng)抽象為單擺模型，物理教師可讓學(xué)生觀察以下演示實驗：①兩個懸線長暢通，但擺幅不同的小球擺動;②兩個懸線長相同，但質(zhì)量不同的小球擺動;③兩個懸線長不同小球擺動。上述演示實驗?zāi)苷{(diào)動學(xué)生探究知識積極性和主動性，從而初步認(rèn)識單擺這一理性化模型。大部分學(xué)生會憑借已有認(rèn)知和生活經(jīng)驗認(rèn)為，如果小球重量大，都但懸線長相同，那么重量大的小球會比重量輕的小球快速得到平衡位置，振幅大的小球會比振幅較小的小球更慢地回到平衡位置，呈現(xiàn)出意料之外的觀察結(jié)果。小球振動的等時性對擺角和擺線均為表觀特征，通過上述演示實驗可觀察到。但通過細(xì)致理論并非無法切實理解小球擺動的內(nèi)在機理。通過理論分析得知，小球振動的回復(fù)力為球的重力沿著圓弧的切向?qū)嵤┓至?，?dāng)擺角很小時才會有，F(xiàn)=-kx，k=mg/1，此時才可認(rèn)為小球作簡諧運動，得出小球擺動周期公式。教師可指導(dǎo)學(xué)生獨立完成上述分析過程，小球在這種情況下擺動為單擺運動。此外為突顯事物本質(zhì)特征，高中物理教師在教學(xué)中可直接切入，往往會精選演示實驗和例題，為拓展對物理模型認(rèn)識，還可為學(xué)生提供更為廣闊的背景材料襯托和凸顯物理模型，深化學(xué)生對所學(xué)知識理解，提高物理教學(xué)效率和質(zhì)量。

結(jié)束語

總之，蓬勃發(fā)展的經(jīng)濟社會對人才提出比以往更高的要求，其中高水平創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才更是得到各個領(lǐng)域青睞，教育領(lǐng)域也要緊隨社會發(fā)展趨勢做出改革。在高中物理教學(xué)中應(yīng)用模型構(gòu)建能較好地幫助學(xué)生融合多個知識點，最重要切實理解和掌握物理規(guī)律和現(xiàn)象，并學(xué)會運用所需物理知識解析實際問題。因而高中物理教師需響應(yīng)高考改革趨勢，結(jié)合學(xué)生學(xué)情和學(xué)科特征科學(xué)指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型，提高物理教學(xué)效率和質(zhì)量，實現(xiàn)預(yù)期課程目標(biāo)，為學(xué)生全面發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

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