巧用“原型啟發法”突破物理教學中的瓶頸

原型啟發就是通過與假設的事物具有相似形的東西，來啟發人們解決新問題的途徑，能夠起啟發作用的事物叫做原型。原型可以來源于生活，生產和實驗。魚的體形是創造船體的原型，飛鳥是世界上第一架飛機的原型，而中國古代的巧匠魯班受到帶齒小草傷人的原型啟發發明了鋸，瓦特通過觀察到水蒸氣掀動壺蓋的原型發明了蒸汽機。從上面的例子我們可以清楚的看到原型啟發確實是科學創造中一種十分有用的方法，那么將原型啟發的思維機制引入物理教學不僅可以使物理與生活，生產實際更加密切的聯系，而且對學生的創造性思維的培養也十分有益。下面筆者就自己在教學中對這種方法的一些應用和理解來與同仁們探討。

一、 原型啟發法在物理教學中的應用

1.概念教學中滲透原型啟發，發展想象的協同性

在物理概念教學中我們常常有這樣的感覺，有些概念若僅僅從理論或數學推導來讓學生理解，他們往往會似懂非懂，對此概念的內涵和外延并沒有理解透徹，在習題解決等知識的運用方面出現了瓶頸，難以找到突破口，使新的知識游離在知識框架之外，所以導致有相當大的一部分學生對于概念就是死記硬背而不是真正的理解。若這時教師能利用原型對學生進行啟發會收到意想不到的效果。

比如在波的疊加教學中，學生受實物相遇會改變運動的狀態的影響，對兩列波相遇后會各自保持原有的形狀繼續向前傳播很難理解。如果我們利用兩個手電筒對射的原型進行啟發，我想學生對這一難點的理解會更容易，印象也會更深刻。

電磁波與車站上的貨物幾乎是風馬牛不相及的，但無線電波的載波，發送，檢波與貨物的裝，運，卸有著完全對應的邏輯程序，所以講課時可以將抽象的電磁波還原成貨物的原型來理解，生動又形象。

電和水本無共同之處，但“電壓產生電流”與“水壓驅動水流”具有相同的因果結構。二極管與自行車氣門在“不可逆性”上具有同構性；熱電子在電壓驅趕下做定向移動與“大風吹移了亂飛的蜂群”在可疊加性上具有同理性。

由于上述例子中的流水，運貨，打氣，刮風等都是學生非常熟悉的事物，所以在利用這些原型的時候甚至都不需要事物模型，只要利用學生頭腦中現成的事物形象，來對他們所不熟的且又較為難懂的物理概念和過程進行感知和理解。使學生的形象思維與抽象思維相互協調，補充，思維的協同性得到了發展。

2.物理解題中滲透原型啟發，發展想象的跳躍性

高中物理有很多很多的題，一個人的精力是有限的，你不可能做完所有的題目，況且高考中出現你做過的原題的幾率幾乎為零，要學好物理，做一定數量的題目是必須的，但搞題海戰術，不僅既浪費時間又使自己疲憊不堪，也是不必要的。 物理中的很多題目往往是由一類題目衍生出來的，或者說是由某一道題變形過來的，這一類最典型經典的題目可以稱為原型題，在高中物理中，原型題的總數并不太多，要善于總結出這些原型題。

比如在研究這樣一道題：如圖一長為L的細繩，上端固定，下端拴一質量為M的帶電小球，將它置于場強為E的水平向右的電場中，當處于平衡時，細線與豎直方向成a角（a≤45°）。如果使偏角由a增大到？漬，然后由靜止釋放，則？漬應是多大時才能使細線到達豎直位置時，小球的速度剛好為零。

此題的原型是重力場中單擺的模型，現在小球不僅受到重力的作用，同時還受到電場力的作用，若將這兩個力合成一個力，則容易判斷出平衡位置在O點，小球在A點由靜止釋放后則在AB之間來回振動的模型與原型相比，則小球相當于一個在特殊場中的一個擺球。由原型的結論直接得出：小球通過平衡位置時的速度最大，在兩振幅AB處速度為零，由對稱性可知？漬=2a。若本題學生從數學角度利用求極值的方法是很復雜的。

思維的跳躍性是在原型的基礎上，再想象跳躍衍化成新形象。而解題的過程，實質上就是還原物理模型的過程，我們遇到的許多模型大多數是從舊模型的基礎上發展和變通來的。所謂的解題中滲透原型啟發，就是依據舊模型的特征，通過思維想象，將新模型向舊模型轉換，然后借助舊模型發揮跳躍想象而解決新問題。由此例可見，原型啟發溝通了大腦神經之間的聯系，使思維走了捷徑。使學生的思維的跳躍性得到發展。

3.物理方法的教學中滲透原型啟發，提高學生物理素養

物理方法實際上是研究和處理物理問題的思路、方式，也即物理思想。加強物理方法的教育是提高學生素質的必要手段，是當代物理教育的發展趨勢。物理方法與物理知識一樣，需要經過多次的在不同方面的應用才能掌握。一般來說，一個物理方法處理的是一類（或幾類）具有相同或相似特征的物理問題。若教學中抓住研究問題的特征，通過原型啟發，在不同領域內（或不同內容上）使用同一方法，則可達到加深理解物理方法的目的。

例如用于定義某些物理量的比值法。比值法應用的一個例子是：對一類描述物體運動狀態特征的物理量的定義，如速度、 加速度、角速度等。這些物理量是通過簡單運動引入的：勻速 （勻變速）直線運動、勻速園周運動。它們具有的共同特征是：相等時間內，某物理量的變化量相等，用變化量與所用時間之比 就可表示變化快慢的特征。如速度就是用位置的變化量與所用時 間的比值來定義的。筆者在教學中用速度的定義過程作類比的根據，對加速度、角速度等進行類比，許多學生都掌握了如何用比值法來定義這類物理量的方法。比值法應用的另一例子是對量度物質本身屬性的物理量的定義，如電場強度、磁感應強度、電容、電阻等。它們的共同特征是：屬性由本身所決定。由于它們能在與外界作用時顯示出一些性質，這就給我們提供了用外界因素來表示其特征的間接方式。

當然在進行物理方法教學時，教師要適當指導，及時發現新問題與原型之間的聯系與區別，特別是學生易錯之處 ，所以要及時與學生溝通了解。

二、 原型啟發應注意的幾個問題

原型啟發能否成功，取決于學生的頭腦中是否存在原型。增加原型的方式有以下幾種：

1.學生都要注意平時的知識積累和表象儲備

指導學生注意觀察生活中的各種現象，如僅僅是觀察，往往印象是不深，若有過試圖用物理知識解釋原型的嘗試，記憶就會深刻，教師應多選擇一些學生感興趣的事例加以指導。例如把一些兒童玩具拿到教室進行演示，并讓學生用物理知識進行解釋，學生很感興趣，通過這些方法溝通了原型與物理知識之間的聯系，對學生的思維也起到一個導向作用，是使學生更注意將所學的知識應用于生活中。

2.課堂內要多做實驗

重視實驗教學不僅是為了高考，也不單單是為了提高學生的興趣，還是為學生建立豐富的表象，為創造性思維提供原型，例如受迫振動的演示實驗為解決判斷振動頻率及振幅大小提供原型。實驗教學并不是僅僅就課本后或大綱上要求掌握的才演示或學生動手。更多的應是切合解決問題需要而設計的小實驗對學生理解起到了很重要的作用例如為配合完全失重的理解，可以用一個裝滿水的飲料瓶，在瓶壁開個小孔，讓瓶做自由落體或豎直上拋，斜拋等運動，觀察有無水從小孔中流出。這樣一個小實驗為學生理解完全失重建立了一個堅實的落腳點，為以后遇到的一些問題建立了一個原型。

3.加強變式題的訓練

提高學生對物理模型的變換和移植能力，促進思維的發散性。原型和變式題之間，如果可以借鑒原型題的解題思路或技巧的話，則變式題與原型題之間必然有一些共同的特點，要么題設條件相同，要么目標相似。特別是條件相同，即使目標不相同，我們也可以從原型題中得到較大的啟發，從而很快找到解題思路。在平時的模型教學中，防止將模型講死，要重視過程分析，抓住問題的本質特征。不僅要讓學生知道建立模型是一種物理研究的方法，使學生領會到模型是經過怎樣的抽象建立起來的，具體的事物有時經過怎樣的抽象納入該模型的，而且必須說明其可變通性，從而培養學生的抽象思維能力，提高物理模型思考和解決問題的自覺性，在遇到新問題時，才能排除干擾因素，順利的將其還原成我們熟悉而簡單的模型，然后用模型遵循的規律來解決。

總之，在教學的過程中，利用原型啟發容易將新知識納入學生原有的知識框架中，使知識順利的同化；利用原型啟發可以使學生對某些問題的領悟突破瓶頸，豁然開朗；利用原型啟發對幫助學生建立“自然界各事物之間都是相互聯系”的辨證唯物主義觀點也是有益的。

（作者單位：江蘇省張家港市樂余高級中學）