中學物理模型策略教學實踐初探

摘 要：物理模型是物理學中常見的也是重要的一種研究方法，它把復雜問題簡單化，幫助理解物理規律。教師在應用物理模型講解物理知識時更清楚簡潔;學生通過對物理模型的學習，更容易掌握物理規律和現象。教師通過教學實踐的探索，歸納總結出學生學習物理模型過程中遇到的困難和解決的策略，幫助學生樹立學習物理模型的自信心，從而提高物理課堂教學的有效性。

關鍵詞：物理模型;形象直觀;類比推理

物理學研究物質的基本結構和運動的基本規律，在研究過程中，實際的事物和規律都是錯綜復雜的，常需要對它們進行必要的簡化，忽略次要因素，突出主要因素。物理模型就是用理想化的方法將實際中的事物和規律進行簡化，幫助人們理解復雜事物和規律，研究不易觀察到的現象，并透過現象，看到本質的一種重要的研究方法。在物理教學過程中，幫助學生建立和理解物理模型，對學生學好物理起到至關重要的作用。讓學生掌握并運用物理知識分析解決實際問題，提高科學文化素質，掌握基本的實驗技能和技巧，為以后的學習打下扎實的基礎，讓物理課程真正發揮它基礎自然學科的作用。那如何在中學物理課堂中有效開展物理模型的教學？結合在教學實踐中的一些做法談談以下幾點思考：

一、物理模型與圖景模式相結合的策略教學，表象更直觀

在分析研究一個物理問題時，經常采用建立“物理模型”的辦法，以便更好地理解和找到問題的根本。但是這需要對該物理問題有很深刻的認識，而很多學生對陌生的物理知識還沒有完全理解，更不用說知道什么是重點了，當需要從實際問題抽象成物理模型時，就會存在困難。困難大多來自不完善的表象，如：自由落體運動、反沖現象、小船渡河等。從物理學科的角度看，這些表象都是不完善的，蘊含的成分許多是錯誤的，而利用物理模型與圖景，則可以反映原型的直觀形象和主要特征，凸顯了問題的本質。譬如在電磁相互作用教學中，有這樣一個問題：把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在條形磁鐵N極附近，當線圈通入電流（如右圖）時，判斷線圈如何運動。因此，在課堂教學中師生應通過分析、比較、歸納與總結等過程，共同建立起相應的物理模型與圖景。物理模型與圖景都是來自于現實的材料，但二者又都高于客觀實際，這二者并不相違背，是物理知識與邏輯思維相統一的結果，是綜合分析與應用等各方面能力的結合。通過物理模型與圖景相結合的教學方式，構造情景與理論模型的有機聯系，能夠加強學生學習物理知識中抽象的規律和形象的實際情景的緊密聯系，突破學生理解模型的困難，有利于學生學習效率的提高，更好地掌握所學物理模型的知識。

二、問題提問式的物理模型策略教學，使學生的求知欲得到激發

老師在設置物理模型的情境教學中，應使所創設的問題情境符合學生的客觀實際需要，特別是考試的需要。若設置的問題能夠使學生產生強烈的求知欲望，并將求知欲轉化為學生學習的動力和內在的心理需求;在講各種物理模型時，教師可以創設適當的問題情境，甚至在課堂上適當地引入競爭機制，這樣既可以活躍課堂教學氣氛，不至于使枯燥的物理公式擾亂學生的心靈，同時也可讓學生建立起問題考查與研究的聯系，進而開拓新的境界。

教師應根據學生的實際水平，設置出適合學生思考，并面向考試要求的、難度適中、具有開放性與應用性的好問題，以提高學生的邏輯思維能力。比如，教給學生直線運動中的加速度之后，應當讓學生自己進一步設想運動過程中物體的速度和位移可能受到加速度怎樣的影響，并讓學生自己思考什么情況下物體運動是勻變速直線運動，什么情況下是非勻變速直線運動等問題。通過這樣的問題讓學生明確物理模型建立的目的，為學生建立物理模型構建一條通道，從而為學生的思維活動指明方向，而且教師給定問題的條件與結果往往是不具有定向性的，應該有多種解決問題的途徑和方法，這樣可以培養學生的發散性思維。另外，對學生的設問既要有縱向的，也要有橫向的，能夠使學生舉一反三、融會貫通。通過布設恰當的教學場景，富有成效地設疑，能夠準確無誤地幫助學生建立正確的物理模型思維。

三、采取類比推理的物理模型策略教學，打破慣性的定式思維

固有的定式思維往往成為物理模型遷移教學的障礙，這是因為以中學生目前的知識水平與能力一般難以具體地分析所學知識的情境，也就難以打破已經形成的思維定式。如果說要學生做到靈活處理目前的學習內容與能力，創造性地解決問題，這就需要教師采用靈活多樣的、類比推理的教學方式，而物理模型教學恰好就可以做到這一點，模型教學可以把同類或異類或者不同發展階段，但具有某些相似方法的事物進行類比推理，比如，根據兩個事物在某些方面的相似屬性，進而推理出它們在其他方面的屬性上也有可能相似的結論。因此，物理模型教學中教師要防止把模型講死，更不能禁錮學生的邏輯思維能力。教師不僅要讓學生知道模型的確立只是物理研究的一種方法與手段，更要使學生領會物理中的模型與概念是怎樣抽象建立起來的，物理中具體的事物又是經過怎樣的抽象歸納而進入該模型的，從而培養其抽象思維和解決問題的能力。例如，一個半徑為r的閉合金屬圓環，沿平面垂直放在磁感應強度為B的勻強磁場中，圓環總電阻為2R，一足夠長的直導線（電阻為R）以速度為v勻速運動，當直導線剛運動到圓心處時，經過直導線的電流為多少？本題可以采用電路等效法去解答，雖然兩者的物理情境不太一樣，但可以借助熟悉的模型去類比推理，那么學生就可以利用電路模型知識輕松地解決這個問題了。再比如：（上圖）根據等效模型思想，把圓圈電流看成扁形磁鐵，由安培定則得知扁磁鐵右端為N極，左端為S極，故可判斷線圈向左運動。通過這一等效模型便可以使學生清楚地了解作用過程，開拓學生的思路，提高其解決實際問題的能力。利用物理模型的相似性進行類比，還可以有效地促進知識的遷移，理清其他部分的知識脈絡。還有帶電粒子在電場中的偏轉與平拋運動模型相類似，教師可以利用平拋模型來幫助學生理解帶電粒子在電場中的偏轉問題。同時概括出這兩種運動的共同屬性，即當合外力大小不變、方向與初速度方向垂直時，物體將做類平拋運動，進而總結出類平拋運動的概念和基本特征。同理，如重力勢能與重力做功關系和電勢能與電場力做功關系比較，電位與水位進行類比，電場線與磁感線對比等，都可以利用物理模型進行分析。

四、采取理論聯系實際的物理模型策略教學，重視能力的培養

新課程改革以來，雖然對物理教材已經多次修改，也增加了許多實際體驗的小實驗等，但教科書中理論聯系實際的生活事例有的依然不盡理想，這樣就會造成學生在學習新的物理知識與規律時缺少該環節的思維訓練。愛因斯坦說過：“物理書中充滿了復雜的數學公式，但是所有的物理學理論都起源于思維與觀念，而不是公式。”學生依然習慣于傳統的認識經驗和思維習慣，形成方法上的思維障礙。當學生學習過程中真正遇到問題時，思維表現較為混亂，不知從何下手。在物理模型知識的學習中，既要學習如何建立物理模型，也要學習如何應用物理模型來解決實際問題。而且在中學物理模型教學過程中，教師的教學要著重訓練學生提高思維能力、計算能力等，開闊視野和境界。同時也要預防學生形成機械式思維，加強學生的理論聯系實際的能力，把學生從定式思維中解脫出來，培養正確的物理思維能力，從而提高解決實際問題的能力。現實中物理教師在講解各個物理理論時往往強調公式的死記硬背，進行強化訓練，讓學生的思維能力形成一種條件反射。這樣的方法有利有弊，從時效性來看具有很高的效率，但面對越來越開放發展的物理來說，就很難適應時代的需要，同時也與物理考試出題意圖相違背，現在物理試題也往往呈現多樣化，而且注重理論與實際相聯系來出試題。把理論知識和實際生活事例緊密聯系，并對應相關現象、規律建立適當的物理模型往往是解決問題的關鍵。比如，物體追擊和相遇的物理模型，是直線運動的一個難點，學生很難深刻理解模型的關鍵是什么。但是聯系生活中汽車行駛如果不加注意，就會發生追尾事故的事例來解釋這個物理模型，則會達到事半功倍的效果，使學生更容易分析和解決問題。

物理模型教學強調中學教師要培養學生建立和應用物理模型的能力，目的是幫助學生理解并掌握物理知識，使知識體系系統化、網絡化，更能適應現實物理知識中復雜多變的問題。在課堂教學中開展模型教學，并不是中學物理課堂教學中所獨有，其他學科也同樣需要模型教學。模型策略教學方式可以培養學生的創新精神和實踐能力，幫助學生樹立終身學習的意識，最終促進學生的全面發展。因此，中學物理教師首先要掌握并領悟物理模型教學的內涵和精髓，這也是時代對教師提出的更高要求，特別是運用現代教育技術來開展模型教學的號召。

參考文獻：

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？誗編輯 李建軍