基于原始問題解決的高中物理模型教學

鮑堯紅

當今社會對教育的要求越來越高，也就造成教育對學生的能力要求更高了，但是許多學生雖然掌握書本知識很牢固，但是對于要解決來源于生活的原始物理問題時經常是無從下手。許多學生在遇到原始物理問題只會生搬硬套，不能正確地分析物理過程，形成相應的物理圖景，這說明學生對于解決原始物理問題困難的原因在于對已經習得的物理模型的遷移能力不強。于克明教授認為：“傳統的物理教學，在原始問題到抽象問題之間，從原型到模型產生了一個斷帶、一個鴻溝，成為解決實際問題的一大障礙。”模型不僅要用來解決物理習題，更要能用來解決來自生活和生產的原始問題。因此我認為在實際的教學過程中適當地滲透原始物理問題，不僅能提高學生建立物理模型的思維能力，而且能提高學生分析問題、解決問題，把所學應用于生活的能力，同時也可以培養學生創造性思維和創新能力，順應新課程改革的理念。

一、原始問題概念界定

所謂原始問題是指自然界及社會生活、生產中客觀存在未被抽象加工的，能夠反映科學概念、規律本質的典型現象，它來自真實的生活。原始問題不只局限于物理教材，問題更加注重于日常生活、最新科技動態及科技知識的有機結合，拓寬學生的視野，縮小所學知識與真實生活的差別。學生在解決原始問題時的最大困難在于原始問題的物理模型的構建。北京大學趙凱華教授在1983 年就指出：“ 在我們的教學中，同一問題，既可以把原始的物理問題提交給學生，也可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數學模型后再提交給學生。習慣于解后一類問題的學生，在遇到前一類問題時，往往會不知所措。”

二、物理模型的概念

物理學在對每一個研究對象進行研究時所要考慮和分析的實際問題往往很復雜，為了能更為高效分析與研究，物理學中常常采用“簡化”，對實際問題進行科學抽象處理的方法，用一種能反映原物本質特性的理想物質(過程)或假想結構，去描述實際的事物(過程)。這種理想物質(過程)或假想結構稱之為“物理模型”。

1.物理模型的特性。

物理模型的特性歸結起來有以下四種。（1）物理模型具有高度的抽象性，它舍棄次要因素把握主要因素、化復雜為簡單，完成由現象到本質、由具體到抽象的過程，反映的是原始問題本質特征的——理想物質(過程)或假想結構，是對原型客體物質形式或思維形式的本質關系的再現，是科學思維對物理世界的抽象的反映。（2）物理模型具有形象性，物理模型往往是采用簡約化的手法用理想化的物質(過程)或假想結構來代替復雜、具體的客體研究對象，是一種簡化的直觀的心理構想，反映物理具體的研究對象，因此物理模型又具有形象直觀的特點。（3）物理模型具有科學性，它以先前獲得的科學知識為依據，經過判斷、推理等一系列邏輯上的嚴格論證，深刻地反映原客體的本質特性，同時可以被實驗證實，因此物理模型又具有科學性。（4）物理模型具有假定性，物理模型是通過科學抽象對實際問題進行的心理構想，是人們以科學思維對物理世界的抽象描述，因此物理模型來源于客觀現實，但又高于客觀現實，是抽象的思維結果，是被實驗證實的科學假想，是實際客體忽略次要因素的假想反映，因此物理模型又具有假定性。

2.物理模型的分類。

對于物理模型的分類，標準不同，看法就不同，但也算異曲同工。我認為模型可分為對象模型、條件模型和過程模型。

對象模型：用來代替研究對象實體的理想化模型，高中有的對象模型，例如：質點、輕繩、點電荷、理想電表、理想變壓器等。條件模型：把研究對象所處的外部條件理想化建立的模型為條件模型。

三、原始物理問題解決與建立物理模型的關系

物理模型是對生活實際問題（也即原始問題）的科學抽象和近似，是物理思維的產物。建立物理模型是一種創造性的腦力勞動，根據所研究對象和問題的特點，撇開個別的、非本質的因素，抽出主要的、本質的因素加以考察研究，并將同一類物理事物共同的、本質的屬性聯合起來，由此建立起一個輪廓清晰、主題突出、易于研究的新概念或新過程。要得到正確的物理模型，需要做到以下兩點。一是以實驗為基礎，以事實為依據。二是正確抽象研究對象的本質特征。就好像質點、點電荷、輕繩、穩恒電流等都是理想模型，是為了研究問題的方便而建立的一種理想客體，它忽略了非本質的、次要的因素，突出了研究客體的主要矛盾，使這個理想模型更加能集中反映出事物的本質和規律性，便于我們對自然物理規律的科學認識。

許多原始物理問題并沒有唯一的正確答案，從不同的角度和需要來評價就可能有不同的答案。思維水平知識水平不同的學生，通過努力都能獲得不同程度的提高，在學習的過程中獲得成就感。而且，學生在面對一個信息龐雜、客觀真實的原始問題，很難找到可以直接應用的物理模型，在解決原始問題時必然需要對生活現象關注，它的解決過程必然是探索和發現的過程。在原始物理問題解決的過程中，原始問題把每個物理量鑲嵌在真實的物理現象中而不是直接給出。這樣在遠離了熟悉的物理習題后，學生的思維將脫離線性的平衡態而進入非線性的非平衡態，進行綜合考慮問題，深化、活化物理概念、規律等，學生根據面臨的情境， 通過假設、估計等手段獲得所需的物理量， 再構造出理想的物理模型， 經過一層層的“ 剝開” 過程， 最終使結論“ 破繭而出”。

四、基于原始問題解決的高中物理模型教學的課堂模式

首先，創設貼近學生生活又富有時代氣息的實際生活情境問題，這些中包含一些相關數據，以便降低難度。 這類問題情境的創設過程中，教師可以充分利用各種教學手段，例如展示實物或圖片，實驗、視頻資料，等等，激發學生的求知欲望。

其次，探究建模，讓學生對所創設的問題情境仔細思考，進行分析，分小組進行討論，教師引導，繼而建立相應的模型。在這一環節中教師要盡量調動學生主動參與的積極性，讓學生參與模型的建立過程。讓學生在探究建模的過程中深刻理解建模的條件，以便真正理解所建立的物理模型，深刻掌握物理模型的建立方法。

再次，模型的應用，利用模型形成概念和規律、應用物理模型解決問題。

最后，變式訓練，教師提供新的類似的問題情境，考查學生應用物理模型解決新的問題情況，既可達到鞏固建立的模型的目的和培養學生的模型遷移能力，又可以了解教學過程中的不足。

整個過程中教師都必須要注意及時采集到學生建模方面的信息，一旦發現思維偏差，就要及時給予點撥，同時根據學生的反映調整自己的教學安排。

我相信，通過一定數量的原始物理問題訓練，當學生在解決實際物理問題時，各種各樣解決問題的策略就能夠迅速地檢索得出，而不是單純地生搬硬套。學生對原始物理問題的創造性解決，有助于增強學生的創造欲望，增強學生的創新意識和自信心，促使學生不斷去創新，很好地培養學生的能力。

參考文獻：

［1］于克明.原始問題與能力培養［J］.大學物理，1997.5，44.

［2］邢紅軍，陳清梅.論原始物理問題的教育價值及其啟示［J］.課程教材教法，2005，(1).

［3］林純鎮，吳崇試.我國赴美物理研究生考試歷屆試題集解序［M］.高教版，1985，5.

［4］王靜，邢紅軍.原始物理問題的特性及其教育功能.，平頂山師專學報，2004，10.