例析模型法在物理教學(xué)中的應(yīng)用

褚鳳蓮

( 山東省淄博市臨淄區(qū)召口中學(xué),山東　淄博　255400)

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例析模型法在物理教學(xué)中的應(yīng)用

褚鳳蓮

( 山東省淄博市臨淄區(qū)召口中學(xué),山東淄博255400)

摘要：本文以生活中實(shí)際存在的問題及其解決方式為切入點(diǎn),利用實(shí)驗(yàn)構(gòu)建物理模型，將問題再現(xiàn)，從而引入課堂教學(xué),既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,又能培養(yǎng)學(xué)生“物理來源于生活,又服務(wù)于社會(huì)”的意識(shí).

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；模型法;應(yīng)用

物理模型是人們?yōu)榱搜芯课锢韱栴}的方便和探討物理事物的本質(zhì)，而對研究對象所作的一種簡化描述,是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),采用理想化的方法所創(chuàng)造的能再現(xiàn)事物本質(zhì)和內(nèi)在特性的一種簡化模型.理想化的物理模型既是物理學(xué)賴以建立的基本思想方法,也是物理學(xué)在應(yīng)用中解決實(shí)際問題的重要途徑和方法.

“義務(wù)教育物理課程是一門注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程.此階段的物理課程應(yīng)注意讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法,提高分析問題和解決問題的能力”，這是2011版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中對初中物理課程的描述，可以看出“提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力”是物理學(xué)習(xí)的歸宿.“問題”來源于何處?“問題”來源于生活.所以我們的課程理念定位為“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”，在這樣的理念指導(dǎo)下,我們平時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)就要貼近學(xué)生生活,符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn),激發(fā)并保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.如何激發(fā)學(xué)生的興趣？這是值得我們研究的課題,下面通過實(shí)例來介紹模型法在課堂教學(xué)中的應(yīng)用.

1“光的反射”課堂引入環(huán)節(jié)的模型應(yīng)用

1.1生活原型

挪威小鎮(zhèn)尤坎處于高斯塔頂峰(Gaustatoppen Mountain)山腳下的谷底中.每年有5到6個(gè)月的時(shí)間,周圍的山峰將小鎮(zhèn)與直射的陽光隔絕,使小鎮(zhèn)的冬天變得格外寒冷和漫長.為了得到陽光,當(dāng)?shù)鼗?4.7萬美元建造了3個(gè)巨大的鏡子,稱為“定日反射鏡”,這些鏡子在2013年10月正式投入使用,它們被安裝在小鎮(zhèn)旁邊的山峰上,其角度正好能將太陽光反射到街道上.這三個(gè)定日反射鏡的表面積約為51平方米.它們由電腦控制,能夠跟隨太陽的運(yùn)動(dòng),利用可再生能源——太陽能提供能量.據(jù)媒體報(bào)道,這些鏡子反射到小鎮(zhèn)主廣場的陽光呈橢圓形,其光強(qiáng)度相當(dāng)于山峰上直接日照的80%(如圖1所示).

圖1

1.2物理模型教學(xué)

(1) 構(gòu)建模型

圖2

如圖2所示，用激光筆射出的光充當(dāng)一束太陽光,為了讓它射到街道上的A點(diǎn),讓學(xué)生借助平面鏡來操作實(shí)現(xiàn).

(2) 對照模型

引出入射點(diǎn)、入射光線、反射光線、法線、入射角和反射角的概念.

(3) 通過演示反射光線隨入射光線的變化讓學(xué)生對光的反射規(guī)律有初步的認(rèn)識(shí),從而引入對光的反射規(guī)律的實(shí)驗(yàn)探究.

1.3評析

“光的反射”的課堂引入方式有很多,比如從太陽光或激光射向平面鏡或水面后的反射現(xiàn)象入手,讓學(xué)生畫出光的傳播路徑，從而引出反射現(xiàn)象中的各種概念;用光反射后的美妙景象創(chuàng)設(shè)情境以引起學(xué)生的興趣;用小游戲引入，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與積極性等.光的世界是絢麗多彩的,光現(xiàn)象的學(xué)習(xí)也可以是多姿多彩的.本文的設(shè)計(jì)以生活中實(shí)際存在的問題及其解決方式為切入點(diǎn),利用實(shí)驗(yàn)構(gòu)建物理模型，將問題再現(xiàn)，從而引入課堂教學(xué),既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,又能培養(yǎng)學(xué)生“物理來源于生活,又服務(wù)于社會(huì)”的意識(shí),賦予理論以實(shí)際意義,促成了物理知識(shí)的回歸.

2“動(dòng)能和勢能”實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)的模型應(yīng)用

2.1生活原型

2015年發(fā)生了幾起交通事故，2015年1月16日晚6時(shí)30分左右,榮烏高速萊州服務(wù)區(qū)南一公里處發(fā)生4車相撞事故,造成12人死亡、6人受傷.據(jù)初步了解,4車在追尾相撞后,其中兩輛車起火燃燒.2015年6月7日下午5點(diǎn)半,一輛漢口開往湖北省孝昌縣的長途客車,在107國道孝南區(qū)路段由南向北行駛時(shí),與一輛從北向南行駛的運(yùn)沙車猛烈相撞.半邊客車車體被撕裂,多名乘客被甩飛到車外，這起交通事故共造成9死11傷.交通事故每年都會(huì)奪去很多人的生命，汽車在行駛時(shí)具有動(dòng)能,在發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)對外做功,釋放能量,今天我們就來研究動(dòng)能與什么因素有關(guān).

2.2物理模型教學(xué)

圖3

(1) 猜想

教師提出問題：汽車的動(dòng)能可能跟哪些因素有關(guān)？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)會(huì)想到動(dòng)能與汽車的速度和質(zhì)量有關(guān),因?yàn)槠囁俣仍娇臁①|(zhì)量越大時(shí),發(fā)生事故時(shí)產(chǎn)生的破壞力越大.

(2) 教師引導(dǎo)

要確定猜想是否正確,需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,而后提供器材(如圖3):小球、木板、斜面、木塊,小球充當(dāng)汽車,木塊充當(dāng)被撞者.并提出問題:實(shí)驗(yàn)中要用到什么實(shí)驗(yàn)方法?如何讓汽車(小球)運(yùn)動(dòng)?如何控制汽車(小球)的速度一定?如何體現(xiàn)汽車(小球)動(dòng)能的大小？

(3) 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)結(jié)論.

(4) 根據(jù)研究所得結(jié)論，給司機(jī)師傅安全駕駛提出自己的建議.

2.3評析

“動(dòng)能和勢能”的學(xué)習(xí)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.它的生活原型很明顯,生活中交通事故幾乎每天都在發(fā)生,高空墜物傷人的事件也屢見不鮮,這些事故的發(fā)生讓我們付出了慘痛的代價(jià).早在2005年聯(lián)合國大會(huì)通過決議,呼吁各國政府將每年11月第三個(gè)星期日作為世界道路交通事故受害者紀(jì)念日,以緬懷道路交通事故受害者,并關(guān)注受害者親屬所處的困境.交通事故已成為15歲至29歲年輕人的主要死因,所以思考和研究如何避免這類事故的發(fā)生更具實(shí)際意義.借助這樣的生活素材,將實(shí)驗(yàn)探究和車禍中的肇事車輛與被撞者聯(lián)系起來,讓我們的實(shí)驗(yàn)研究變得更具實(shí)際意義.

3“電功率”習(xí)題講解環(huán)節(jié)的模型應(yīng)用

3.1生活原型

如圖4所示，生活中有一種亮度可調(diào)的臺(tái)燈.

圖4　亮度可調(diào)節(jié)的臺(tái)燈

3.2物理模型教學(xué)

根據(jù)我們所學(xué)的知識(shí),臺(tái)燈的亮度控制旋鈕實(shí)際上是一個(gè)___________,其內(nèi)部電路如圖5所示，在圖5的電路中接入電流表和電壓表(如圖6)，在圖6的電路中,電源電壓保持不變,開關(guān)S閉合后,滑片P向右滑動(dòng)時(shí),電流表示數(shù)___________，電壓表示數(shù)___________(變大或變小),燈泡亮度變(亮或暗).

解答：當(dāng)滑片右移時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電阻增大,電路中總電阻增大,故由歐姆定律I=U/R可得：電路中電流減小,即電流表示數(shù)變小;由U燈=IR燈可知：燈泡兩端電壓減小,即電壓表示數(shù)減小，由P燈=U燈I可知：燈泡的實(shí)際功率減小,故燈泡變暗.

3.3評析

在電功率的學(xué)習(xí)中,有一類是分析電路變化的問題，即通過電路中滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)來分析電路中電流、電壓、電功率(燈泡亮度)的變化,每當(dāng)遇到這類題型,總會(huì)有一部分同學(xué)覺得難以入手,單調(diào)難懂.究其原因,一是學(xué)生對電功率知識(shí)掌握不牢固,不能靈活運(yùn)用;二是學(xué)生缺乏相應(yīng)的生活體驗(yàn),單純的知識(shí)問題研究起來往往會(huì)枯燥乏味,難以啟發(fā)學(xué)生的思維.在處理此問題時(shí),以臺(tái)燈的內(nèi)部電路為模型,加入電壓表、電流表,提出電路中各物理量的變化問題,將電路變化問題和生活中常用的電器聯(lián)系在一起,找到了物理知識(shí)在生活中的落腳點(diǎn),拉近了物理和學(xué)生之間的距離.

4感悟

在物理學(xué)習(xí)中,有些學(xué)生常常反映物理難學(xué),尤其是解題難.當(dāng)然,難的原因很多,但其中很重要的一個(gè)原因就是學(xué)生對題目中描述的物理過程不理解,不能把題目中的對象和過程簡化成理想的物理模型.實(shí)踐告訴我們,千變?nèi)f化的物理習(xí)題大多是根據(jù)一定的物理模型，結(jié)合某些物理關(guān)系,給出一定的條件，找出所求物理量,而我們解題的過程,就是將題目隱含的物理模型還原、求解的過程.

在物理教學(xué)中,有時(shí)我們也感到物理難教,難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,學(xué)生不喜歡,課堂效率低.讓物理知識(shí)和生活相聯(lián)系,就給教學(xué)增添了色彩,賦予知識(shí)以生命力，有生命力的東西才更容易打動(dòng)人.讓學(xué)生切身感受到物理知識(shí)源于生活,對生活有用,學(xué)生自然更愿意去學(xué)習(xí)、去研究.所以在平時(shí)的教學(xué)中,我們要善于應(yīng)用模型,讓物理和生活緊緊聯(lián)系在一起.

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