利用幾何畫板創(chuàng)設(shè)情境提高學(xué)生建模能力的研究

陳金鵬

(山西省呂梁市離石區(qū)江陰高級(jí)中學(xué) 山西呂梁 033000)

情境教學(xué)是指給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一定真實(shí)、生動(dòng)的教學(xué)情境，讓學(xué)生在特定的情境中學(xué)習(xí)物理知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)意識(shí)。幾何畫板是一種能夠作圖和實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的輔助教學(xué)軟件，對(duì)物理教學(xué)有重要作用。建模，顧名思義就是建立模型，是為了理解事物而對(duì)事物作出的一種抽象、無歧義的書面描述。學(xué)生的建模能力得到提高，能夠?qū)⒊橄蟮奈锢砀拍钭兊酶有蜗缶唧w，使復(fù)雜的物理知識(shí)變得更加簡(jiǎn)單，有利于激發(fā)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力，推動(dòng)物理教學(xué)的良好開展。

一、提高學(xué)生物理建模能力的重要性

物理學(xué)科是一門實(shí)用性的學(xué)科，物理建模能力對(duì)物理學(xué)習(xí)和學(xué)生的有重要作用，是連接物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的橋梁。物理建模能力的提高能讓學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到提升，學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)也會(huì)更加積極主動(dòng)。物理模型本就具有創(chuàng)新性，在物理模型上，學(xué)生的思維和思路會(huì)更加清晰，能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。在物理模型的基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠形成正確的思維方法，提高創(chuàng)新能力。建模能力的提高能夠有效保障學(xué)生的思維變化，提高學(xué)生的思維性和創(chuàng)新性，指導(dǎo)學(xué)生在良好的思維前提下進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)水平[1]。

高中物理知識(shí)比較抽象、不易于學(xué)生的理解和學(xué)習(xí)，導(dǎo)致很多學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)的自信，很容易被學(xué)習(xí)中的困難所打倒。借助物理模型提升學(xué)生的物理建模能力，就可以幫助學(xué)生順利理清物理圖像，降低物理知識(shí)的難度，消除繁瑣性，使物理學(xué)習(xí)變得簡(jiǎn)單輕松。這樣一方面能夠降低教師的教學(xué)難度，另一方面能降低學(xué)習(xí)難度，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。物理建模的特點(diǎn)就是典型性、方法性、美學(xué)性，物理模型是從一類物理問題中緊抓本質(zhì)內(nèi)容，將知識(shí)和規(guī)律結(jié)合在一起選擇出具有代表性的結(jié)果。此外，物理模型不僅是知識(shí)的結(jié)果也是思維的結(jié)果，能夠加深學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生懂得物理知識(shí)的內(nèi)涵。而且物理建模能夠簡(jiǎn)明扼要地揭示物理知識(shí)和問題，將物理的形式美展示出來。物理模型主要分為實(shí)物模型、過程模型、問題模型，學(xué)生物理成績(jī)的好壞在很大程度上取決于學(xué)生對(duì)物理模型的掌握，也就是學(xué)生的建模能力。

錢學(xué)森先生曾說過：“模型就是通過我們對(duì)問題現(xiàn)象的分析，利用我們考究得來的機(jī)理，吸收一切主要因素，略去次要因素所創(chuàng)造出來的一幅圖畫，是形象化了的自然現(xiàn)象?！彼晕锢砟Ｐ鸵约皩W(xué)生的建模能力就是在科學(xué)思維的基礎(chǔ)上對(duì)物理世界中的原物的一種抽象介紹，是跟隨一定目的，用物質(zhì)形式或思維形式對(duì)本質(zhì)的還原再現(xiàn)。因此，學(xué)生建模能力的提高能讓學(xué)生的物理學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)鰪?qiáng)，有效保障物理教學(xué)的效益，使物理問題得到簡(jiǎn)化卻又不會(huì)產(chǎn)生過多的差異性，這樣就可以使學(xué)生更好地掌握物理知識(shí)的規(guī)律，對(duì)實(shí)際事物有詳細(xì)的研究和分析，對(duì)物理世界有充分的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而提高學(xué)生的物理綜合水平。

二、利用幾何畫板創(chuàng)設(shè)情境提高學(xué)生建模能力的策略

（一）利用幾何畫板改進(jìn)教學(xué)方式，促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展

在如今的教學(xué)中，信息技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，不管是生活還是學(xué)習(xí)中，隨處可見信息技術(shù)。幾何畫板就是信息技術(shù)下的一個(gè)產(chǎn)物，它就像是一張神奇的圖畫紙，能讓所畫出來的對(duì)象運(yùn)動(dòng)，這也是被稱之為動(dòng)態(tài)幾何的原因。利用幾何畫板開展高中物理教學(xué)，教師需要提前對(duì)幾何畫板有所掌握。而且?guī)缀萎嫲宀幌穸嗝襟w以及其他信息技術(shù)那樣繁瑣，它就是簡(jiǎn)單的一張“畫紙”、一根“筆”，便于教師精準(zhǔn)掌握，創(chuàng)新物理教學(xué)[2]。

時(shí)代在變化，教育在發(fā)展，教師勢(shì)必要與時(shí)俱進(jìn)，提高教學(xué)能力，掌握科學(xué)有效的教學(xué)方式，能夠站在學(xué)生的角度思考教學(xué)，這樣才能讓教學(xué)質(zhì)量有所提升，讓自身的專業(yè)能力有所提升。幾何畫板創(chuàng)設(shè)情境的教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一個(gè)推翻，徹底打破了一張黑板、一根粉筆教學(xué)的時(shí)代，這是對(duì)教學(xué)的一個(gè)更新?lián)Q代，是對(duì)教師的一個(gè)幫助，也是一種促進(jìn)。幾何畫板的應(yīng)用讓課堂的教學(xué)氛圍更加活躍，可有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使物理課堂教學(xué)有效開展，教師能夠從日常教學(xué)入手，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，通過幾何畫板創(chuàng)設(shè)情境來提高學(xué)生的建模能力，轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)物理教學(xué)的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的建模能力。

（二）利用幾何畫板導(dǎo)入物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生建模意識(shí)

在高中物理教學(xué)過程中，教師要合理導(dǎo)入知識(shí)，可利用幾何畫板創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，使學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)更加有興趣，培養(yǎng)學(xué)生建模意識(shí)。教師要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育的做法，可巧妙借助幾何畫板導(dǎo)入物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，全面培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的興趣。

例如，學(xué)習(xí)“機(jī)械波”中的“波的形成和傳播”時(shí)，教師可以直接在幾何畫板中繪制出一個(gè)聲波的模型，在幾何畫板中繪制出水平直線，再利用各種工具繪制直線，將繩子看成不同的質(zhì)點(diǎn)，最終通過振動(dòng)來形成波形。這樣的方式遠(yuǎn)比讓學(xué)生根據(jù)課本上死板的圖像及文字的教學(xué)效果要好得多。教師在繪制過程中，可以讓學(xué)生猜測(cè)教師繪制的內(nèi)容是什么，勾起學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。學(xué)生能夠結(jié)合動(dòng)態(tài)的聲波模型對(duì)接下來的教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生興趣，這可對(duì)物理教學(xué)起到很大的促進(jìn)作用，讓學(xué)生在幾何畫板的知識(shí)導(dǎo)入下形成科學(xué)的建模意識(shí)，讓物理知識(shí)的導(dǎo)入變得更加豐富有效，為接下來的物理教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）利用幾何畫板優(yōu)化物理課堂，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新思維

物理知識(shí)的抽象性和復(fù)雜性讓很多學(xué)生望而止步，無法接受物理知識(shí)的教育和引導(dǎo)，無法開展物理高效課堂。幾何畫板的作用不僅是為了讓知識(shí)進(jìn)行良好的導(dǎo)入，它更是能夠展現(xiàn)出物理現(xiàn)象，模擬物理現(xiàn)象，在連續(xù)改變某些量化后更好地探討物理知識(shí)。幾何畫板能夠優(yōu)化物理課堂，使學(xué)生的創(chuàng)新思維更加活躍，在教師的指導(dǎo)下對(duì)物理知識(shí)的掌握更加完善，對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)更加輕松，就像抽絲剝繭一般探索出物理的規(guī)律和內(nèi)涵。由此，學(xué)生能夠主動(dòng)加入物理課堂，強(qiáng)化自身綜合學(xué)習(xí)水平[3]。

例如，學(xué)習(xí)《相互作用》中的“力的合成”“力的分解”時(shí)，高中生對(duì)于受力分析還是無法直接了解的，這也是教學(xué)中的一個(gè)重難點(diǎn)知識(shí)。在幾何畫板上能夠通過演示實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生對(duì)受力分析有新的認(rèn)識(shí)，掌握其中的規(guī)律。教師可以根據(jù)幾何畫板來給學(xué)生展示物體的移動(dòng)，按條件設(shè)定物體重力和摩擦力的系數(shù)，利用鼠標(biāo)設(shè)計(jì)拉力的大小和方向。經(jīng)過一系列的驗(yàn)證能使學(xué)生意識(shí)到拉力和水平在保持30°仰角時(shí)，能夠使物體得到加速，這時(shí)所需要的力也是最小的。這些內(nèi)容都是實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中無法掌握和觀看的，在幾何畫板上則能得到直觀的展示，這對(duì)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識(shí)也有良好的促進(jìn)作用，學(xué)生也能輕松理解物理知識(shí)，懂得物理推算，在良好的情境下提高物理教學(xué)質(zhì)量。

（四）利用幾何畫板加強(qiáng)思維訓(xùn)練，提高學(xué)生建模能力

物理知識(shí)中，除了基礎(chǔ)的物理概念，還有各種圖像來表達(dá)出物理知識(shí)，圖像也是組成物理知識(shí)的重要內(nèi)容，學(xué)生也需要全面掌握。圖像在物理教學(xué)中有著不可替代的作用，它是探索物理規(guī)律的一種有效方法，不僅簡(jiǎn)單明了，能輕松解決物理問題，還能讓學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握更加清晰，使學(xué)生在懂得繪制圖畫、了解圖畫的同時(shí)，形成完整的知識(shí)體系，進(jìn)而提高學(xué)生的建模能力[4]。

例如，在高中物理教學(xué)中，力學(xué)和電學(xué)都是重要的組成部分，電學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中有關(guān)于滑動(dòng)變阻器做分壓式連接的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是對(duì)滑動(dòng)變阻器的一個(gè)選擇。一般來說，都會(huì)選擇最小的滑動(dòng)變阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在電路安全的情況下讓實(shí)驗(yàn)的開展更加順利。選擇最小的滑動(dòng)變阻器也是為了讓電阻值變小時(shí)，負(fù)載上的電壓成線性變化。學(xué)生無法全面掌握這一理念，最大的困難是無法憑空猜想出它的變化及內(nèi)容。利用幾何畫板則能展示出滑動(dòng)變阻器的變化以及電壓的變化，能夠在雙方的變動(dòng)下直觀地看到圖像，進(jìn)而有效掌握知識(shí)內(nèi)容，了解滑動(dòng)變阻器總阻值的變化對(duì)電壓變化的影響，使學(xué)生的邏輯思維得到提升，提高學(xué)生的建模能力，增強(qiáng)學(xué)生的思維水平。

三、結(jié)束語

綜上所述，利用幾何畫板創(chuàng)建情境，能有效提升學(xué)生的物理建模能力。物理學(xué)科是一個(gè)范圍涉及較廣的自然科學(xué)，覆蓋了多個(gè)內(nèi)容。物理建模能力的培養(yǎng)有助于學(xué)生的終身發(fā)展，使學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握、對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)有更深的認(rèn)識(shí)。物理建模是教師教育和學(xué)生學(xué)習(xí)的主要環(huán)節(jié)，能將抽象的物理知識(shí)簡(jiǎn)單化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。