關(guān)注生活 科學(xué)建模 落實(shí)有效教學(xué)

羅小勇

摘 要：在物理教學(xué)中，教師既要考慮到學(xué)生基礎(chǔ)知識的訓(xùn)練，又要兼顧到學(xué)生物理素養(yǎng)的培養(yǎng)，兩者雖不矛盾，但難免進(jìn)入應(yīng)試模式，顧此失彼。物理來自于生活，要實(shí)現(xiàn)真正的有效教學(xué)，就要以聯(lián)系生活的物理現(xiàn)象或者物理實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入課堂，讓學(xué)生從這些直觀有趣的現(xiàn)象中，提煉出與課堂內(nèi)容相關(guān)的物理模型，并引導(dǎo)學(xué)生分析模型，總結(jié)規(guī)律，并用此規(guī)律來描述、解釋和預(yù)測自然現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：物理；有效教學(xué)；聯(lián)系生活；物理模型

構(gòu)建物理模型就是將我們要研究的物理對象、物理?xiàng)l件、物理過程，通過抽象化、理想化、簡化和類比等方法形成物理模型，簡稱“建模”。常見的考題也是命題者根據(jù)常見物理模型，加上具體情境編擬出來的。新課教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生分析物理現(xiàn)象，有助于學(xué)生建模意識和建模能力的培養(yǎng)，更有助于學(xué)生積累常見物理模型。本文以《反沖運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡述建模教學(xué)的步驟和要點(diǎn)。

一、合理分組，巧設(shè)課前作業(yè)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)與課堂內(nèi)容有關(guān)的物理現(xiàn)象

讓學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，有利于學(xué)生構(gòu)建物理模型。但由于受到課堂教學(xué)中空間和時(shí)間的限制，在實(shí)際教學(xué)中不可能把涉及的物理模型都列舉出來。面對高中課堂教學(xué)內(nèi)容的繁多，教師就容易忽視引導(dǎo)學(xué)生對生活現(xiàn)象的觀察、提煉和描述。

為了解決這個(gè)難題，可以將班上學(xué)生分成若干學(xué)習(xí)小組，提前布置任務(wù)，讓每個(gè)小組搜集與課堂內(nèi)容有關(guān)的物理現(xiàn)象，課堂上進(jìn)行匯報(bào)分享。如，筆者在設(shè)計(jì)《反沖運(yùn)動》的教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，為讓學(xué)生對生活中的反沖現(xiàn)象有所認(rèn)識，就布置了一項(xiàng)課堂前置作業(yè)。前置作業(yè)簡單有趣，并分組實(shí)施，不至于耽誤學(xué)生過多時(shí)間，利于這類作業(yè)的常態(tài)化開展。

【課前前置作業(yè)】

1.題目：“拋開（下）包袱，讓我們前進(jìn)”之反沖現(xiàn)象搜集。

2.分組：將全班分為八個(gè)小組，而且要求后四個(gè)小組著重搜集這類運(yùn)動在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

3.提示：在生活中，有哪些物體向某一方向拋出（推出、噴出、彈出或射出）其中的一部分時(shí)，剩余部分會向相反的方向運(yùn)動？

本節(jié)課的亮點(diǎn)就在于課前任務(wù)的布置。當(dāng)學(xué)生興致勃勃搜集這些現(xiàn)象的時(shí)候，就已經(jīng)開始了對物理模型的構(gòu)建。

二、課堂展示，引導(dǎo)學(xué)生描述現(xiàn)象，運(yùn)用歸類的方法建立物理模型

課堂教學(xué)，若長期讓學(xué)生被動接受教師告知的公式和定理，不利于真正地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，不利于對提煉物理模型進(jìn)行指導(dǎo)。讓學(xué)生課上展示分享其小組作業(yè)成果，既可以培養(yǎng)學(xué)生主動透過現(xiàn)象看本質(zhì)的習(xí)慣，也可以培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的能力。同時(shí)，這也是新課程“以學(xué)生為主體”的體現(xiàn)。在面對某些新問題新現(xiàn)象時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)新問題中的原型1與我們已熟悉的原型2有許多共性，那我們可以用歸類、等效的方法來推測：原型1與原型2的物理模型也應(yīng)該相似或相近，從而建立起原型1的物理模型。

如，在《反沖運(yùn)動》教學(xué)中，筆者首先讓前面四個(gè)小組展示了他們搜集到的物理現(xiàn)象，接著讓學(xué)生思考這類現(xiàn)象的共性特征。

【學(xué)生展示1】

第1組：反沖氣球展示。松開手之后，氣球向后噴氣而前進(jìn)。

第2組：反沖小車展示。手指堵住管子的尾端，松開手指后，小車前進(jìn)。

第3組：人站在輪滑上，超人的前方扔籃球，人會后退。

第4組：將易拉罐汽水綁在小車上，汽水蓋拉開一個(gè)小口，用手指堵住小口，用力搖，后放在地上，松開手指，汽水噴出，小車

前進(jìn)。

學(xué)生能總結(jié)出這些現(xiàn)象的兩個(gè)特征：（1）兩個(gè)物體原來為一個(gè)整體，且靜止；（2）接著瞬間分離，且反向運(yùn)動。因?yàn)閷W(xué)生剛學(xué)完動量守恒定律，對靜止物體瞬間爆炸分離的模型記憶深刻，所以很容易想到：反沖運(yùn)動的模型與動量守恒定律中的爆炸分離模型有很大的相似性。

三、作圖分析現(xiàn)象，忽略次要因素，構(gòu)建條件模型

無論是學(xué)生展示的現(xiàn)象，還是教師演示的實(shí)驗(yàn)，一旦學(xué)生感興趣，就容易被吸引。但學(xué)生也容易只停留在現(xiàn)象上，或是被現(xiàn)象中次要的因素所干擾，很難把現(xiàn)象簡化成我們要研究的物理模型。這時(shí)，教師的主導(dǎo)作用就應(yīng)該得到充分的體現(xiàn)。要引導(dǎo)學(xué)生，忽略案例中的次要因素，畫出分析示意圖，強(qiáng)調(diào)與研究內(nèi)容緊密相關(guān)的因素，構(gòu)建出如光滑、輕質(zhì)、質(zhì)點(diǎn)、無重力等條件模型，以便于控制次要因素影響，集中分析核心問題。

如，在《反沖運(yùn)動》教學(xué)中，筆者讓學(xué)生展示了后面四個(gè)小組搜集到的現(xiàn)象。

【學(xué)生展示2】

第5組：噴氣式飛機(jī)與噴水潛艇簡介。

第6組：噴水式飛行器介紹。

第7組：火箭介紹，主要介紹火箭原理以及中國的長征系列火箭。

第8組：水火箭介紹（原理、制作、現(xiàn)場發(fā)射）。

對于這些精彩有趣的現(xiàn)象，學(xué)生很感興趣，但也有學(xué)生認(rèn)為：一些反沖現(xiàn)象不滿足動量守恒定律，因?yàn)檫@些現(xiàn)象不能忽略重力、摩擦力、空氣阻力等因素，不能用動量守恒定律來處理。

此時(shí)，教師就應(yīng)該給學(xué)生強(qiáng)調(diào)，反沖運(yùn)動發(fā)生瞬間的兩大特點(diǎn)：（1）發(fā)生時(shí)間極短；（2）內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力。因?yàn)闈M足這兩個(gè)條件，重力、摩擦力等次要因素在此都可以忽略。所以在反沖運(yùn)動發(fā)生瞬間，是可以用動量守恒定律來處理的。至于分離以后，就要用其他物理知識進(jìn)行處理。如，粗糙的水平面上，兩個(gè)物體爆炸分離，嚴(yán)格地講，因?yàn)槭艿侥Σ亮τ绊懀瑒恿坎皇睾恪５鶕?jù)以上分析，忽略次要因素，建立條件模型后，在爆炸分離瞬間，是可以用動量守恒定律來處理的。至于分離之后，各自以分離速度做勻減速運(yùn)動，就應(yīng)該用勻變速直線運(yùn)動或者是功能關(guān)系的知識來處理了。再如，火箭發(fā)射，可以認(rèn)為火箭瞬間噴射出所有燃?xì)猓瑵M足動量守恒。燃?xì)鈬娚渫旰螅鸺又Q直上拋，那就要用豎直上拋的知識來處理。通過引導(dǎo)，幫助學(xué)生構(gòu)建起這樣一個(gè)條件模型——在反沖運(yùn)動中，物體分離瞬間，動量是守恒的。

四、設(shè)置典型例題，讓學(xué)生計(jì)算應(yīng)用，提高課堂教學(xué)實(shí)效性

通過現(xiàn)象的觀察、分析、描述，進(jìn)而提煉建模，總結(jié)規(guī)律，學(xué)生對這一概念有了充分的了解，會運(yùn)用規(guī)律來進(jìn)行預(yù)測和計(jì)算才是學(xué)生物理綜合能力的體現(xiàn)。所以在課堂上，設(shè)置一些聯(lián)系生活實(shí)際的典型例題，為我們常見的物理模型戴上生活的帽子，讓學(xué)生分析計(jì)算，是很有必要的。

在《反沖運(yùn)動》教學(xué)中，筆者設(shè)計(jì)了如下例題。通過練習(xí)，訓(xùn)練了學(xué)生應(yīng)用動量守恒定律解決反沖運(yùn)動問題的能力。

練習(xí)1：水平方向射擊的大炮，大炮裝上炮彈后總質(zhì)量M=500 kg，其中炮彈質(zhì)量m=10 kg，炮彈射擊的速度是V0=98 m/s，射擊后炮身后退的速度是多大？

練習(xí)2：一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為M=100 kg的宇航員在距離飛船x=45 m處相對飛船處于靜止?fàn)顟B(tài)。他帶有一個(gè)裝有m0=0.5 kg氧氣的貯氣筒，貯氣筒上有一個(gè)可以使氧氣以v=50 m/s的速度噴出的噴嘴，宇航員必須向著飛船相反方向放出氧氣，才能回到飛船。同時(shí)，還要保留一部分氧氣供途中呼吸用，宇航員的耗氧率為Q=2.5×10-4 kg/s。不考慮噴出的氧氣對設(shè)備及宇航員總質(zhì)量的影響，如果在開始返回時(shí)瞬時(shí)噴出0.1 kg氧氣，宇航員能否安全返回飛船？

利用生活中的物理模型來教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生分析物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生建模的意識和習(xí)慣，有助于學(xué)生抓住問題的核心和根本，有助于提高課堂教學(xué)的有效性。更重要的是，通過課堂上的物理建模，教會了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的思想方法，培養(yǎng)了學(xué)生分析現(xiàn)象、探究本質(zhì)、預(yù)測未知的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝廣富.“高中物理的生活化教學(xué)”[J].理科考試研究，2014（08）.

[2]曲志新.“談物理課堂教學(xué)有效性策略研究”[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2009（08）.

編輯 韓 曉