高中物理“模型”教學法實踐研究

摘要：人們研究復雜的物理現象和過程時往往抽象成一定的“模型”進行處理。物理“模型”教學有助于學生更清楚地理解現象和過程的本質，有助于物理知識的遷移，本文對物理“模型”教學的模式及實踐做了一定的研究，希望能對物理教學研究有所幫助。

關鍵詞：物理“模型”；實施策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)4(S)-0036-3

1 高中物理“模型”教學法的提出

1.1 “研究性學習”的呼喚

“研究性學習”目前在全國已經深入開展?！白灾鲗W習、自主發展”是研究性學習的要旨，其核心是培養學生的自主意識，發揮學生的自我教育潛能，促進學生全面發展。物理“模型”教學法，以其主體性、民主性、參與性、探索性、實踐性等諸多的優點，完全滿足“研究性學習”需要，是一種充分體現現代教育理念，操作性非常強的教學方法。

1.2 中學物理教學改革的需要

物理學以其與社會生產、生活、現代技術的廣泛聯系；以其在自然科學的基礎地位及在研究方法上的先導作用；以其知識內容的強發散性等優勢在自然科學學習研究中占有重要地位。高中物理“模型”教學法，適應了物理學這種聯系的廣泛性，研究方法的先導性，知識延展的強發散性，順應了中學物理教學改革的要求。

2 高中物理“模型”教學法的界定

“模型”是用來描述大自然特征的，不同的“模型”可以從不同的角度來描述大自然的特征，它為我們研究大自然提供了方便。自然界的物質種類繁多，運動復雜，相互作用各具特色，為了充分了解研究對象的本質，必須在觀察的基礎上，通過對事實和材料的分析、綜合、比較、分類等思維過程，根據研究對象的特點，對研究對象做一定簡化和模擬，這種簡化和模擬就模型。

在物理教科書中，無論哪一部分內容都有物理模型，如力學中有質點模型、單擺模型、勻速直線運動模型、自由落體運動模型；光學中有點光源模型，波粒二象性模型等。

物理“模型”教學是指對物理內容建立模型及應用模型，簡稱為模型教學。對象模型、過程模型和條件模型是模型教學的主要方法。

3 中學物理中常見的三種物理模型

3.1 對象模型

對象模型是根據研究對象的特點，舍棄次要的、非本質的因素，抓住主要的、本質的因素，從而建立一個易于研究的，能反映研究對象主要特征的模型。如質點、彈簧振子、單擺、理想氣體、點電荷、理想變壓器、點光源、電場線、磁感線等。

3.2 過程模型

過程模型是指在包含多種復雜因素的物理過程中，根據研究問題的性質和需要，找出主要因素，略去次要因素，建立能夠揭示事物本質的理想過程，如自由落體運動、勻速直線運動、勻變速直線運動、簡諧運動、完全彈性碰撞、絕熱變化等。物理過程模型就是將實際過程進行近似處理，以便歸納出物理過程的本質規律。

3.3 條件模型：把研究對象所處的外部條件理想化而建立的模型，如光滑斜面、均勻介質等。

4 高中物理“模型”教學法的目的、核心、結構及實質

4.1 “模型”教學法的目的

讓學生提出問題，帶著疑問進入教學情景；讓學生從觀察中獲得感性認識；學生通過思考、研究、探索，得出正確的結論；再將概念規律外延，使獲得的知識進一步深化、活化。

4.2 “模型”教學法的核心 

堅持啟發式，反對注入式；堅持以學生為主體，教師為主導；堅持直觀教學為基礎，模型教學為紅線，堅持培養學生能力為根本。

4.3 物理“模型”教學法結構如下圖所示：

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創設情境：通過營造具有設疑激趣特征的問題情境，使學生在認知結構上產生矛盾，從而激發學生的學習動機。

建模準備：學生通過對所收集的材料進行整理與分析，了解實際問題的背景，準備解決問題的方法。

建立模型：針對已經初步獲得的對所研究對象的認識，再通過歸納、演繹、比較、抽象等思維方式，簡化或理想化研究對象。

應用模型：利用模型形成概念和規律，并通過物理模型解決問題。在新課學習中通過建立的物理模型，加深對物理現象和物理過程的理解，進而形成概念、發現規律，進而解決問題。

反饋評價：實際教學過程中，反饋評價應當始終貫穿于教學過程中，以便學生及時調整的認知策略。

4.4 “模型”教學法的實質

“模型”教學法是讓學生在特定的時空、特定的情景中，從生動具體的問題出發，通過直觀的模型，獲得感性認識，并通過實際應用進而達到建立模型的能力，通過模型教學可使學生形成良好的知識結構和認知策略。

5 高中物理“模型”教學法實施策略

“模型”法的課堂教學模式：

創設情境：充分利用各種手段（如物理學家、物理學史、生活現象、演示實驗、學生實驗、師生游戲等）和各種表現手法（模擬法、比較法、平衡法、放大法、轉換法、圖像法、極限法、理想方法等）向學生展示生活問題情境，豐富學生的感性知識，以激發學生學習物理知識的興趣。這一環節教學要求是：所創設的生活問題情境既符合認識客體所具有的主要特征，同時也符合學生的認知水平。要能使學生產生強烈的求知欲。

建模準備：通過選用“教師指導、小組討論、班級交流”等方式建立假設，整理初步的思路。這一環節的教學要求是：教師提供的材料能在實際教學中激發學生進行發散性思維。應當體現以學生為本的現代教育理念，培養學生的想象力和初步建立模型的科學方法。

建立模型：依據研究客體所具有的主要特征，綜合學習者的認知水平，將微觀過程宏觀化、宏觀場景微縮化、變化場景過程化等處理，加深學生對物理對象、物理變化過程的感性認識。這一環節的教學要求是：對物理現象和物理過程的展現應當具有變抽象為具體、變動態為靜態，化枯燥為生動的特點。要強調學習者主動參與模型的建立過程。

應用模型：創造性地運用各種教學方法，創設新的學習情境（布置多途徑作業，指導多方案例，引導多角度解讀，嘗試多方位變換），加強對模型的應用，從而促進學生的創新思維。這一環節的教學要求是：教師創設的新問題情境能否使學生運用所建立起來的物理模型，能否通過模型的應用實現知識的遷移和創新。

反饋評價：加強學生檢驗模型的能力，幫助學生利用模型解決新類型的問題。這一環節的教學要求是：教學中所創設的導向性、檢驗性問題應有利于學生通過自主選擇來及時調整自己的學習方向、學習策略，進而能從整體上把握知識的結構，并將它納入到原有的認知結構中，形成新的認知。

6 “模型”教學的相關問題討論

開展模型教學主要是對下面幾個與模型相關問題的教學。

6.1 在物理教學中為什么要建立這個物理模型？

研究任何物理現象，都應分清主要因素和次要因素。例如電學中研究帶電體之間的相互作用時，實驗表明兩個靜止的帶電體間的靜電力除與帶電體的電量及相對位置有關外，還與帶電體的大小、形狀及電荷的分布情況有關，要直接確立所有這些因素對靜電力的影響是很困難的。若不分輕重地考慮各種因素，非但不能得出精確結果，反之還會對復雜現象感到束手無策。這時我們可以構建合理的理想模型，就能有效地解決問題了。我們忽略帶電體的大小、形狀及電荷分布等次要因素，抽出帶電體的電量及它們之間的距離這些主要因素，將帶電體視為點電荷，這樣計算則大大簡便。

6.2 物理模型在物理教學中的地位和作用如何？

正確鮮明的物理模型本身就是重要的物理內容之一，它與相應的物理概念、現象、規律相依托。所有的物理現象、過程、規律都與相應的物理模型關聯著，而一定的物理模型又最生動最集中的反映著物理概念、現象、過程和規律，二者密不可分。物理模型是物理思維的產物，是一種理想化的形態，是對研究對象作了極度的簡化，從而使得我們可以通過研究模型來認識原型的各種本質特征及其必然聯系，從而建立物理概念，得出物理規律，形成物理理論。可以說，物理模型是物理規律和物理理論賴以建立的基礎。

6.3 這個模型與其他模型是否有相似之處？

當一個建立模型后，可以考慮這個模型與其它模型是否有相似之處，這樣可以加深對理想化方法的理解，比如點電荷模型和質點模型就有相似之處。它們的建立過程都用了理想化方法，而且都有一定的適用條件，質點模型是在牛頓定律的基礎建立，而點電荷模型在庫侖定律基礎上建立的。研究質點之間的相互作用時，我們用到了萬有引力定律，而研究點電荷的相互作用時，我們用了庫侖定律，這兩個定律的數學表達形式相似。

6.4 認識和理解模型過程遇到了的困難及其解決辦法有哪些？

在物理教學中涉及許多物理模型，學生在認識和理解有的模型時會感到比較困難，如波、靜電場、電磁波等。把這類困難問題的解決過程加以分析，有助于學生掌握科學的學習方法，為同類模型的認識和理解過程排除障礙。例如，學生在初次接觸點電荷模型時，可能有些陌生，一旦排除障礙建立起模型后，就可以比較直觀地幫助學生理解檢驗電荷的含義和作用了。

（欄目編輯羅琬華）