構建物理模型 培養創新意識

何棟成 王華

中圖分類號：G633.7

教育改革的縱深發展，旨在全面提高學生的素質。近年來高考內容的改革，也體現了注意對學生能力和素質的考查。所以，對高中物理這門課程，重要的是培養學生的科學素質，也即體現在對學生的創新精神和實踐能力的培養上。高中物理教材不同于初中教材，前者是在后者的基礎上引導學生由形象思維向抽象思維發展，從而使學生的思維產生一個質的飛躍。所以在高中課程的教學過程中大多數研究的對象是一些物理模型，這些物理模型既原于實踐，而又高于實踐，在我們的生活、生產、科技領域中帶有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。正因為如此，學生普遍感覺高中物理難學：聽聽還懂，解決實際問題就困難。關鍵在于他們還是習慣于初中的那種形象思維方式，只會記概念、規律的靜態結論，而不重視得出結論的發展過程。只會照葫畫瓢，模仿性地解決一些簡單的物理問題，而不善于通過觀察分析，提煉出現實情景的物理模型，爾后納入到相關的知識體系中去加以處理，最后得到問題的解決。我們認為，物理教師在完成教學任務的過程中，一定要重視對學生建模意識的培養，只有這樣，才使學生在解決物理問題時能清晰地構建出情景條件的物理模型，迅速找到解決問題的方法，從而達到培養學生靈活思變、創造性思維的能力。

一、構建理想的物理模型是科學理論的依據

縱觀物理學發展史，許多重大的發現與結論，都是由科學家們經過大膽的猜想構思，創建出科學的理想化的物理模型，并通過實驗檢驗或實踐驗證，模型與事實基礎很好吻合的前提下獲得的。

伽里略讓小球從彎曲的斜槽上自由下落，當斜槽充分光滑時，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球為達到初始高度，將運動很遠。如果末端完全水平，小球將一直運動下去，永不停止。正因為伽里略構建了光滑這一理想化的模型，才有慣性定律的重大發現。

1852年，法拉第對帶電體、磁體周圍空間存在的物質，設想出電場線、磁場線一類力線的模型，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線分布形狀，從而建立了場的概念，對當時的傳統觀念是一個重大的突破。

1905年，愛因斯坦受普朗克量子假設的啟發，大膽地建立了光子模型，并提出著名的愛因斯坦光電效應方程，圓滿地解釋了光電效應現象。

盧瑟福以特有的洞察力和直覺，抓住α粒子轟擊金箔有大角度偏轉這一反常現象，從原子內存在強電場的思想出發，于1911年構思出原子的核式結構模型。

“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我們周圍的宇宙并不是靜態的、恒定的、而是動態的、膨脹的。從而沖破了傳統觀念的束縛，為研究宇宙的起源和演化掃清了道路。

除了上述一些理想化模型外，在高中教材中，我們熟悉的理想化模型有質點、彈簧振子、單擺、理想氣體、點電荷、絕緣體、點光源、薄透鏡、狹縫、薄膜等。正是引入了這些理想化的物理模型，才得以使我們面對許多復雜的現實問題，通過簡化處理能夠比較順利地予以解決。可以這么說，倘若離開了物理模型，不僅物理研究無法進行，而且對物理學科的縱深發展必然會起阻礙束縛的作用。

二、教師在教學過程中要重視對學生建模意識的培養

理想的物理模型，即是物理科學體系中光輝的典范，也是解決現實物理問題不可或缺的依據，其重要性不言而喻。所以，教師在傳授知識的過程中，要根據實際課時的內容安排，及時向學生強調基本物理模型建立的過程和條件，并要求學生牢固把握住這些基本的物理模型，并且在具體應用解決物理問題時，引導學生根據題設條件，從物理規律出發，通過分析、綜合、類比等，突出對所要研究問題起主要作用的因素，略去非本質的次要因素，使思維從紛繁復雜的具體問題中抽象、構造出我們熟悉的物理模型，然后應用掌握的相關知識予以解決。當然，對學生這種能力的要求并非一朝一夕就能培養出來的，需要教師把這種建模意識貫穿在教學的始終。要循序漸進地啟發引導學生，使學生逐步熟悉并掌握這種科學研究的思維方法，養成良好的思維品質，使構建物理模型的意識真正成為學生思考問題的方法與習慣。

三、提高建模意識要更新教育思想和教學觀念

不斷深入的教育改革，向教師提出了新的更高的要求。以往那種“深挖洞”尋難題，為應付高考而大量集訓的做法，培養的只是一個個解題的機器人，其創新意識、開放思維也難有蹤影，這樣的教育肯定不適應時代的需要。培養學生綜合應用所學知識的能力，收集和處理信息的能力，以及培養學生獨立思考，激發創新意識和“重在參與”的意識，是我們每位教師在教學活動中必須努力的方向。所以教師們原有的陳舊的教育思想和教學觀念必須徹底更換。在向學生傳授知識的同時，要重視宣揚科學家們那種大膽聯想，勇于構建物理模型（甚至包括失敗的物理模型）的創新思維，讓他們體驗到科學家們為人類、為科學尋求真理的進取精神和科學態度，喚起學生們對建模意識重要性的認識，激發他們的興趣，逐步提高他們構建物理模型的能力。提高學生的建模意識，必須向學生指明，努力掌握扎實的物理基礎是必備的條件，同時還應該要求學生廣泛關注生活知識，平時多關心、收集高新科技信息知識，并通過聯想，理論聯系實際，使自己所學的知識更扎實、更貼近實際，避免出現一問三不知的科盲現象和“指麥苗為韭菜”的書呆子現象，這也正是現代教育所期望的。

四、建模意識是創新思維

在教學活動中構建學生的建模意識實質上是培養學生的創造思維能力，因為建模活動本身就是一項創造性的思維活動。它可以培養學生的想象能力，直覺思維能力，猜測、轉換、構造等能力，這些能力正是創造性思維所具有的最基本的特征。

在教學中構建學生的建模意識與素質教學所要求的培養學生的創新能力是相輔相成、密不可分的。要真正培養學生的創新能力，教師的課堂教學模式必須更改，“課題研究性”教學模式與“探究性學習”的課堂教學模式均堅持以學生為主體，教師為主導的原則，充分挖掘學生的主動參與和積極思維的意識，自覺地在學習過程中構建物理模型。只有這樣才能使學生分析和解決問題的能力得到長足的進步，也只有這樣才能真正提高學生的創新能力。