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在新课程物理教学中建构物理模型
发布时间:2018-07-11 11:36:09 浏览次数:68

在新课程物理教学中建构物理模型

长沙市岳麓区湘仪学校   侯佳

新时代的教育大力提倡素质教育、养成教育,倡导培养学生创新能力和实践能力。《义务教育物理课程标准》中明确提出了“面向全体学生,提高学生科学素养”的理念,物理教学的目的不再是让学生学习必要的物理基础知识,更重要的是让学生掌握处理实际问题的方法,培养学生分析、解决实际问题的能力。物理学科教育中的学科方法很多,而模型方法可以说是其中很重要的一种方法。根据课程标准要求,中学物理要体现“从生活走进物理,从物理走向生活”的新理念。所以在教学中能否将生活中的实际问题与已有物理模型建立联系,将实际问题转换为物理问题是关键。物理模型在实际问题与物理问题间起到了桥梁的作用。物理模型的建构过程实际上就是科学素养和创新能力提高的过程。

一、         什么是物理教学中的物理模型法 

模型,是一种理想化的物理形态,是物理知识的一种本质表现。科学家做理论研究,通常都要从“造模型”入手,利用抽象、理想化、简化、类比等手法,把研究对象的本质抽象出来,构成一个概念或实物的体系,即形成模型。 

自然界中的物质种类繁多,千姿百态,它们之间又互相联系,互相制约,影响其运动规律的因素往往又是多方面的。在物理学上,对如此错综复杂的实际问题转化为理想的简单问题来研究处理,对实际问题进行抽象化处理,保留主要因素、略去次要因素,得到一种能反映原物质本质特性的理想的物质(过程)或假想结构,此即为物理模型。而物理模型则是以实验为基础,以事实为依据,根据所研究的对象和问题之需要,通过一系列分析、综合、抽象、概念等思维过程,准确抽出其本质特征加以概括,从而作出理想化的描述,并能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。例如:有些物理问题、现象或过程非常抽象,难以理解,运用模型思维建立起模型,将使问题变得直观形象。如在研究光现象时,用光线形象表示光的传播路径:即沿光的传播路线画一条直线,并在直线上画上箭头表示光的传播方向。而实际上我们在观察太阳、电灯等光源所发出的光时,是看不见带箭头的直线的。引入“光线”这一模型,只是为了研究光现象方便,如果不用光路图就很难学习光现象的知识。同样,用力的示意图表示力的三要素。物体间力的作用是看不见,摸不着的,为了更好地研究物体受力,并发现其中的规律,我们用一根带箭头的线段来表示力。研究肉眼观察不到的原子结构时,建立原子核式结构模型(枣糕模型)。在研究磁场时用磁感线描述磁场等等。这些模型的建立,使很多物理现象变得很直观,更易于我们接受。

二、         物理模型在初中物理教学中的作用 

在物理教学中,经常听到学生说“听得懂物理课,但不会做物理题。”造成这种情况的原因是多方面的,但其中一个重要原因,就是这部分学生基础不扎实,没有掌握好一些基本的物理模型。物理是一门培养思维的学科,它特别强调一个“悟”字,思考的越多,感悟的越多,属于自己的东西也就越多。久而久之,物理建摸的本领也会得到很大的提升。而一旦具有了自主建模的本领很多看似复杂的题目就会迎刃而解。因此,在物理学习中建立合理的模型会给我们的教学和学生的学习带来事半功倍的效果。在物理教学中,很多问题也是很复杂的,很难研究的。如能将其转化成物理模型将使问题变得简单化。如:对物体进行受力分析时,可以不考虑物体的形状和大小,可以把物体看成一个质点,物体受到的力都作用在一点上。同样,生活中很少有一个物体真正的做匀速直线运动,在我们研究运动问题的时候,在某种条件下,我们就可以认为物体做的是匀速直线运动。在教学过程中合理渗透物理模型,对于培养学生正确的科学思维方法,理解物理学中的难点,形成科学的预见都有着重要的作用。

三、         怎样在初中物理教学中构建及应用物理模型

俗话说,台上一分钟台下十年功。要想在让学生熟练地运用模型法解决实际问题,关键是在平时教学中中是否让学生在头脑中建立准确、清晰的物理模型,是否有足够的物理模型积累。在初中物理教材中,绝大部分内容都是以物理模型为基础向学生传达知识的。下面就在平时教学中如何帮助学生建立清晰、准确的物理模型、夯实基础知识,谈几点浅显的看法。

(一)注重实物、图片、活动挂图等的展示

人们对事物的认识过程,总是从感性认识到理性认识。心理学研究表明,人脑对事物的认识是从表象开始的。这就要求教师在教学中,要尽量多地将实物、图片等展示给学生,以形成表象基础。例如:在初中物理教学中,对于内燃机的工作循环,笔者曾尝试用实物---挂图---动画演示的流程进行教学,收到了良好的效果。

(二)重视实验教学

物理学是一门实验科学,观察和实验是研究物理学的根本方法。实验是连接认识的主体和客体的纽带。实验首先为物理概念和规律的建立奠定了表象基础,在学生的脑海中形成了一个个具体形象的物理模型,更为重要的是通过有目的的实验,可以引导学生由抽象思维形成具有思维特征的物理模型。

有些物理概念和规律,学生在生活中很少感知,那么在主体和认识客体间就缺少必要的中介物。例如:在讲电和磁的关系时,只有做好实验,学生才能发现、理解电生磁、磁生电、磁场对电流有作用等物理现象,形成清晰的物理模型。再如:学生根据自己的生活经验对运动和力有些模糊的认识。在教学中就要做好斜面小车实验,分析实验,推出牛顿第一定律,在这基础上更好理解运动和力的关系,在头脑中形成关于运动和力的关系的正确模型。

(三)用类比法建立物理模型

有些物理现象、规律,我们无法直接展示给学生,这时如果我们用学生头脑中已有的物理模型作类比,可以帮助学生建立新的合理的物理模型。

例如:对于分子间的作用力,其引力和斥力是同时存在的,但有时引力大于斥力,有时引力等于斥力,有时引力小于斥力。教学中为了让学生形象地理解这一知识,可引入这样一物理模型作类比:一弹簧一端各有一个小球,当弹簧处于自然状态时,相当于分子处于平衡位置距离,引力等于斥力;当弹簧被拉长时,相当于分子距离大于平衡位置距离,引力大于斥力,表现为引力;当弹簧被压缩时,相当于分子距离小于平衡位置距离,引力小于斥力,表现为斥力。

再如,对于比热容的概念,学生的认识其实是无从谈起的,教学中若把比热容想象成体积大小不同的容器,向其中加入等质量的水(吸收或者释放相同的热量),比较水位高低变化快慢(温度升高或者降低的快慢)。利用这样的类比,学生便对抽象的物理概念有了一个具象的物理模型。

(四)及时巩固,准确把握物理模型

要对事物形成理性的认识,往往要经历一个过程。 通过学习,学生在头脑中形成了一定的物理模型,但往往有把握不准的问题。及时地举例、练习、矫正,可以帮助学生准确地把握物理模型。

例如:能绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。但如果只是泛泛地谈这一定义,并不会取得好的教学效果。教学中,在讲了直的杠杆后,可向学生列举弯曲杠杆,将放在地面上的油桶抬起,将圆柱体滚上台阶等实例,通过这些实例的练习、分析,使学生认识到不管形状如何,只要是能绕着固定点转动的硬棒,就可以看作杠杆,从而准确把握了杠杆这一物理模型的本质特征,为以后解题奠定了基础。

再如:在电学知识中有一个非常重要的电路图(如下图所示),其在教材(人教版九年级全一册)中得到了三次重要运用:一次是探究电路中电流与电压、电阻关系;二是伏安法测电阻时;三是伏安法测定电功率时。

 

 

 

在完成新课教学后,将上述电路图模型进行提炼,然后再进行变化,反复巩固训练。在此基础上,学生就会对此图形成较为深刻的认识,在以后类似的情境中,学生也能迅速地反应出此图是我们一直强调的经典电路图。

物理教学过程中渗透物理模型意识、强化建模训练不仅可以促进学生思维的发展,而且可以帮助学生构建合理的认知结构体系,培养学生的创新精神和探究能力。在物理教学中实施建模培养以后,绝大多数同学体会到“方法比知识更重要”,意识到方法的重要性,对问题解决倾向于找方法,而不是仅靠记忆。建模过程从某种意义上讲就是一种科学探究过程。教师应该是学生的指导者和促进者,不仅要传授知识,更重要的是教给学生方法和能力。而学生应该是学习的主人,是意义的建构者,“是一把需要点燃的火炬。”

 

[参考文献]

[1] 义务教育物理课程标准(2011年版)

[2] 阎金铎,田世昆,胡卫平.物理思维论

[3] 刘苏文.建立物理情景和物理模型在物理教学中的重要性

[4] 卞耀东.物理教学中对学生建模能力培养的实践研究 

[5] 钟启泉,崔允 .新课程的理念与创新


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