王君

【關(guān)鍵詞】高中物理;物理模型;構(gòu)建策略

物理模型在課堂教學(xué)中的運(yùn)用，有著豐富的理論基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)相關(guān)理論的研究發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)者對(duì)物理模型的定義存在一定的相關(guān)性與共性，總結(jié)為物理模型是學(xué)生在對(duì)客觀現(xiàn)象分析之后，能夠抓住其本質(zhì)特征，排除非主要因素的干擾，成為物理模型的建構(gòu)者.在物理模型的構(gòu)建中，學(xué)生需積累等效、假設(shè)、對(duì)比等思維方法，從中抽象出事物的本質(zhì).在高中物理教學(xué)中運(yùn)用物理模型，構(gòu)建物理模型，可以幫助學(xué)生解決物理學(xué)習(xí)中的許多問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生物理素養(yǎng)的形成.因此，教師應(yīng)善于利用物理模型開展物理教學(xué)活動(dòng)，滲透模型意識(shí)，引領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)事物本質(zhì)，總結(jié)出物理規(guī)律，達(dá)到提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)效果的目的.

1 物理模型的教學(xué)作用

1.1 對(duì)教師物理教學(xué)的作用

如何運(yùn)用物理模型幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)體系，是一線物理教師共同關(guān)注的話題[1].通過(guò)對(duì)物理教材的分析，發(fā)現(xiàn)課本中的物理知識(shí)是可以通過(guò)對(duì)象模型以及過(guò)程模型講解的，若教師掌握了物理模型方法，就可以借助各種各樣模型構(gòu)建的方式，輕松地完成抽象性的物理知識(shí)講解，減輕物理教學(xué)的難度.

教師可以立足于物理模型的視角，開展物理教學(xué)活動(dòng)，以幫助學(xué)生建立物理模型為目標(biāo)，有助于提升高中物理教學(xué)的質(zhì)量與效率，促進(jìn)物理高效課堂的構(gòu)建.

例如 在“碰撞”的概念教學(xué)中，為了讓學(xué)生建立“碰撞”的物理模型，教師可以播放《奪寶奇兵》中主人公父親用傘驅(qū)趕海鷗，海鷗撞毀了飛機(jī)最終獲救的視頻.通過(guò)這段視頻的播放，快速地吸引了學(xué)生的注意力，教師結(jié)合這段視頻提出問(wèn)題：“小小的海鷗為什么能夠撞毀在天空中正在飛行的飛機(jī)？ 你能估算出海鷗對(duì)飛機(jī)的平均撞擊力的大小嗎？ ”由此，引發(fā)學(xué)生對(duì)“碰撞”這一模型的構(gòu)建，加強(qiáng)了物理模型與生活之間的關(guān)系，既降低了教師對(duì)物理現(xiàn)象與物理概念的講解難度，也引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)直觀的物理現(xiàn)象觀察、發(fā)現(xiàn)其中的本質(zhì)，進(jìn)一步激活學(xué)生對(duì)這一非彈性碰撞模型規(guī)律的探索欲，可以極大程度提升物理課堂教學(xué)效益.

1.2 對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的作用

首先，幫助學(xué)生掌握建立物理模型的方法.人類作為高級(jí)動(dòng)物，在認(rèn)識(shí)世界、探索與發(fā)展的過(guò)程中，一旦形成了對(duì)某種客觀對(duì)象的本質(zhì)特征理解，就會(huì)主動(dòng)地尋求將客觀本質(zhì)特征記錄下來(lái)的方法，其中模型就是人類記錄事物本質(zhì)特征的最有效的方法之一.因?yàn)槟Ｐ筒粌H能夠記錄與表達(dá)事物的本質(zhì)特征，還具備簡(jiǎn)單易懂、生動(dòng)形象的特點(diǎn).在高中物理教學(xué)中運(yùn)用物理模型開展教學(xué)活動(dòng)，可以幫助學(xué)生建立物理模型，發(fā)展學(xué)生運(yùn)用物理模型解決問(wèn)題的能力[2].

其次，利用物理模型鍛煉學(xué)生的思維能力.對(duì)物理客觀現(xiàn)象的分析是學(xué)生建立模型的主要途徑，這對(duì)學(xué)生的思維能力提出了一定的要求，需要學(xué)生掌握物理思維方法，并且從對(duì)其的分析與探索中，抽象出物理模型.在這個(gè)過(guò)程中需要學(xué)生思考哪些因素必須保留，哪些因素應(yīng)該舍棄，可以促使學(xué)生在物理現(xiàn)象的分析中抓住主要矛盾，看透問(wèn)題本質(zhì).這是一種科學(xué)的思維方式，能夠讓學(xué)生獲得思維能力的鍛煉，借助物理模型的構(gòu)建可以推動(dòng)高中生思維品質(zhì)的形成.

2 高中物理教學(xué)中的物理模型構(gòu)建策略

2.1 教學(xué)方式多樣化，激活模型意識(shí)

“授之以魚不如授之以漁”，物理模型構(gòu)建既是一種教學(xué)思想、教學(xué)手段，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)中必須要掌握的學(xué)習(xí)方法，想要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中建立物理模型，需要以學(xué)生具備模型意識(shí)為第一要?jiǎng)?wù).因此，教師在物理模型的教學(xué)中應(yīng)嘗試運(yùn)用多種教學(xué)方式，激活學(xué)生的模型意識(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)物理模型，并生成主動(dòng)構(gòu)建物理模型的學(xué)習(xí)意向[3].

例如 在“超重和失重”一課的教學(xué)中，很多學(xué)生對(duì)于什么是超重、失重的理解并不透徹，究其原因是教師采取了理論化講解的方式.學(xué)生在教師抽象的理論講述下，無(wú)法建立對(duì)這一物理現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)模型.針對(duì)這一問(wèn)題，需要教師優(yōu)化教學(xué)方式，采取學(xué)生更容易理解的方式，引領(lǐng)學(xué)生生成模型意識(shí)，為學(xué)生的物理模型構(gòu)建做好鋪墊.首先，視頻引入，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理模型探索的興趣.在“超重和失重”的課堂導(dǎo)入中，教師可以利用多媒體技術(shù)，播放直觀化的視頻資料，以“神州十號(hào)”載人飛船的發(fā)射過(guò)程為素材，此飛船的發(fā)射標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入到了應(yīng)用型太空飛行的時(shí)代，展示宇航員在飛船內(nèi)從發(fā)射到返回的過(guò)程中，所經(jīng)歷的超重與失重的現(xiàn)象，讓學(xué)生初步地認(rèn)識(shí)到何為“超重”“失重”，并引導(dǎo)學(xué)生由此聯(lián)想到自己在生活中有過(guò)哪些超重或失重的體驗(yàn)，使學(xué)生更為深入地認(rèn)識(shí)物理概念，建立物理概念與生活現(xiàn)象之間的關(guān)系.其次，組織實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，初步感知模型.在這節(jié)課中教師可以組織學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材為彈簧測(cè)力計(jì)和鉤碼，要求學(xué)生以小組為單位，在彈簧測(cè)力計(jì)上掛上一定質(zhì)量的鉤碼，并上下晃動(dòng)，觀察鉤碼在向上或向下加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤上的讀數(shù)變化與鉤碼重力大小之間的關(guān)系，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察與分析，深入地探索“超重”與“失重”.可以通過(guò)物理模型的構(gòu)建，解釋生活或?qū)W習(xí)中遇到的物理現(xiàn)象，由此激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索物理模型的意識(shí)，逐步地接近力學(xué)的本質(zhì).

2.2 方法教學(xué)顯性化，建構(gòu)物理模型

信息加工心理學(xué)表示，人類獲取知識(shí)的途徑主要有陳述性知識(shí)與程序化知識(shí)兩種，物理模型思想與方法屬于程序性知識(shí)的范疇，具有內(nèi)潛性以及高度抽象性的特征.在過(guò)去的高中物理教學(xué)中，大部分教師考慮到物理模型的特征，而采取隱性的教學(xué)態(tài)度，在物理模型的講解中實(shí)施潛移默化滲透的方式，不能明確地指出物理模型中蘊(yùn)含思想與方法，沒(méi)有點(diǎn)明如何使用物理模型，從而促使高中物理模型教學(xué)在“藏而不露”“點(diǎn)而不透”的狀態(tài)下，課堂教學(xué)效果極低，不利于學(xué)生的物理模型構(gòu)建.

為了解決這一問(wèn)題，需要教師摒棄隱性教學(xué)的態(tài)度，運(yùn)用顯性的教學(xué)方法以及教學(xué)語(yǔ)言指導(dǎo)方式，幫助學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中建立模型，明確各個(gè)物理模型的名稱、思維方法、理論內(nèi)涵以及表征方式等，以促進(jìn)學(xué)生的物理模型建構(gòu)[4].

例如 以“行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的模型建立為例，在這節(jié)課的教學(xué)中教師可以先請(qǐng)學(xué)生回顧以前學(xué)習(xí)過(guò)的開普勒行星運(yùn)動(dòng)模型，就“地球?yàn)槭裁磿?huì)圍繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)”進(jìn)行物理模型的回憶，在對(duì)行星運(yùn)動(dòng)模型的回憶及其問(wèn)題解決中，學(xué)生會(huì)立足于“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”的角度分析出太陽(yáng)對(duì)地球以及其他行星具有引力的作用，解釋行星會(huì)圍繞著太陽(yáng)做運(yùn)動(dòng).在此基礎(chǔ)上，再請(qǐng)學(xué)生觀察圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星的運(yùn)動(dòng)軌跡，思考“行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是什么？ ”“行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡的物理模型是什么？ ”“我們可以將這個(gè)物理模型做出怎樣的處理？ ”在這個(gè)過(guò)程中教師以問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，促使學(xué)生主動(dòng)地通過(guò)問(wèn)題解決建構(gòu)物理模型，從已知的物理模型遷移到新的物理模型建構(gòu)之中，從而將復(fù)雜的橢圓運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行簡(jiǎn)單地處理，最終得到圓周運(yùn)動(dòng)模型，總結(jié)出行星繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.學(xué)生建立此物理模型之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考何為圓周運(yùn)動(dòng)、受力特點(diǎn)是什么等問(wèn)題，可以促使學(xué)生挖掘出此物理模型的理論內(nèi)涵，幫助學(xué)生輕松地理解物理知識(shí)、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，并建立物理模型，推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，這是隱性教學(xué)無(wú)法達(dá)到的效果.

2.3 習(xí)題訓(xùn)練適度化，靈活運(yùn)用模型

物理模型的學(xué)習(xí)實(shí)際上是一個(gè)對(duì)物理知識(shí)再現(xiàn)的過(guò)程，其體現(xiàn)在“認(rèn)知”→ “質(zhì)疑”→ “再認(rèn)知”的知識(shí)遷移過(guò)程，物理模型建立的最終目的并不是讓學(xué)生理解所學(xué)的知識(shí)，理解與掌握知識(shí)只是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)過(guò)程，最為關(guān)鍵、最重要的作用是利用物理模型解決問(wèn)題.因此，教師在引領(lǐng)學(xué)生建立了物理模型之后，應(yīng)為學(xué)生提供應(yīng)用物理模型的機(jī)會(huì)，以提升學(xué)生對(duì)物理模型的靈活運(yùn)用能力，更加高效地解決遇到的問(wèn)題，以提升學(xué)生的解題能力[5].

例如 在學(xué)生學(xué)習(xí)了平拋運(yùn)動(dòng)的模型之后，教師圍繞這個(gè)模型布置了習(xí)題：如圖1所示，一個(gè)小球在光滑的斜面上運(yùn)動(dòng)，從點(diǎn)P 水平射入，在P 點(diǎn)離開之后運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了改變，最后從點(diǎn)Q 離開斜面，沿著斜面位移為a、水平位移為b、傾角為θ，通過(guò)對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)分析，請(qǐng)求出小球在斜面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與初速度.在這個(gè)問(wèn)題的解答中，若是學(xué)生掌握了平拋運(yùn)動(dòng)的模型，就會(huì)將小球的運(yùn)動(dòng)與平拋模型進(jìn)行對(duì)比，抽象出小球運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征就是初速度與加速度垂直，與學(xué)生所掌握的平拋運(yùn)動(dòng)模型類似，進(jìn)而利用物理模型輕松地解決問(wèn)題.

又如，在柱體模型的學(xué)習(xí)之后，教師提出了這樣的問(wèn)題：設(shè)一架直升機(jī)以一定的功率P 懸停在空中，若直升機(jī)的尺寸減半，但是需要保持仍然懸停在空中的狀態(tài)，那么直升機(jī)的功率需要為多大？ 這道題僅僅兩句話，似乎已知條件并不多，但是若是學(xué)生抓住“懸?！边@一個(gè)關(guān)鍵詞，進(jìn)而聯(lián)想到“懸?！币馕吨鄙龣C(jī)在空中處于二力平衡的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程就會(huì)變得清晰起來(lái).直升機(jī)需要通過(guò)推開空氣的方式，形成維持直升機(jī)在空中懸停的反作用力，由此聯(lián)想到所學(xué)習(xí)的柱體模型，并利用柱體模型繪制了如圖2的圖形，利用柱體應(yīng)用的物理規(guī)律，可以完成此問(wèn)題的解答.

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，物理模型在高中物理教學(xué)中具有重要作用，教師應(yīng)積極地探索物理模型教學(xué)的有效方法，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成模型意識(shí)，在知識(shí)以及現(xiàn)象的探索中建立物理模型，學(xué)會(huì)靈活地運(yùn)用物理模型解決實(shí)際問(wèn)題，掌握高效率的學(xué)習(xí)方法，攻克習(xí)題解答的難關(guān)，以提升高中物理教學(xué)的質(zhì)量.