模型法在初中物理教學(xué)過程中的探究

南嬌嬌 饒黃云

摘 要：在物理學(xué)中物理模型是一種常見的研究方法，不僅可以簡化、純化實際問題，幫助學(xué)生理解物理規(guī)律，了解物理現(xiàn)象的核心本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，更是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中掌握方法、提高技巧的重要科學(xué)方法。解決物理問題一般從物理對象、物理過程、情景設(shè)置、物理關(guān)系等幾個方面進(jìn)行。學(xué)會建立物理模型解決問題對于物理過程的建立是十分關(guān)鍵的。

關(guān)鍵詞：物理模型;物理過程;初中物理;探究

新一輪課程改革，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》中[1]，已經(jīng)將“過程與方法”作為重要的課程目標(biāo)維度，強(qiáng)調(diào)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)和物理能力。物理模型法以其簡化實際問題的獨特優(yōu)勢贏得教師重視，但在實際的教學(xué)中，經(jīng)常因?qū)W生對模型概念的不理解，或被客觀物體不完善的表象干擾，或思維缺少程序化的訓(xùn)練，或知識遷移不恰當(dāng)，想象力的缺乏等原因而無法成功建立物理模型。文章以“熱機(jī)”一節(jié)中“汽油機(jī)的工作過程”為例，進(jìn)行模型法教學(xué)的探究。

一、關(guān)于物理模型

（一）物理模型的背景

物理模型的研究在國外主要以美國教育學(xué)家David Hestenes為代表，“物理模型是物理系統(tǒng)和物理過程概念化顯露于外的表現(xiàn)形式，既表現(xiàn)物質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也表現(xiàn)其另一方面的特性或者運動規(guī)則等”[2]。在國內(nèi)，周漢臣[3]首先提出如何讓學(xué)生在構(gòu)造自己的知識框架的基礎(chǔ)上發(fā)散思維，提高自己的思維能力。構(gòu)造物理模型的三個要素“理論內(nèi)涵”、“思維方法”和“表征方式”[4]，是通過具體的問題情境來選擇與其相適應(yīng)的解決方式，基于物理相關(guān)理論，利用文字、符號或畫圖等表現(xiàn)方式進(jìn)行教學(xué)活動，逐步改善物理模型的教學(xué)方式。

（二）物理模型的理論依據(jù)與分類

物理模型法教學(xué)的主要理論依據(jù)是構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論[5]與認(rèn)知學(xué)習(xí)理論[6]。構(gòu)建主義表示學(xué)習(xí)本身就是一種建構(gòu)的過程。認(rèn)知學(xué)習(xí)理論包括完形說和認(rèn)知發(fā)現(xiàn)說，通過不斷學(xué)習(xí)新知識，新舊知識相互補(bǔ)充，得到新認(rèn)知的學(xué)習(xí)。

關(guān)于物理模型的分類，依據(jù)不同的角度有不同的分類，實物模型、理想模型和理論模型;或者實體模型、狀態(tài)物理模型和過程物理模型等。如“汽油機(jī)的工作過程”就屬于過程模型。對汽油機(jī)工作的過程原理進(jìn)行抽象化，將各部分簡化抽離探究運動的過程，找出主要因素，建立能夠揭示運動過程本質(zhì)的理想模型，即為過程模型。而模型化只是開始，研究物體所有的運動規(guī)律才是最終的結(jié)果。

二、初中階段物理模型構(gòu)建

（一）初中階段物理模型的構(gòu)建方法

物理模型的方法主要包括：抽象總結(jié)。通過觀察、分析，提取出研究對象中的主要因素，忽略其他因素，抽象出事物的本質(zhì);分析整合。屬于整體到局部，將事物從整體按屬性分解為部分，再考慮各種因素影響下的具體探究的思維方式;類比聯(lián)想。類比的前提是兩個或者兩個以上的事物在部分屬性上一致或者相似，利用其相似的屬性推論它們在相似屬性上具有相同的思維活動;等效替代法。等效替代法要求研究對象與另外的研究對象在某個方面的作用效果相同，這時可以將兩者進(jìn)行互相替換，來簡化研究對象所探究的問題。如“汽油機(jī)的工作過程”的物理模型的構(gòu)建就用了這種方法。著眼于汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)與手臂之間的等同效果，把復(fù)雜的工作原理等效為簡單的手臂半圓周運動。這與探究各力的作用效果時，引用了“合力”等效是相同的原理;假設(shè)與驗證。它屬于片面歸納，所以假設(shè)來的物理模型必須有實驗的證明，再完善。如，光的波粒二象性模型。

（二）物理模型與原型、理論間的關(guān)系

模型是利用一定的思維方式對特定的研究對象所要達(dá)成的目的進(jìn)行簡化的描述，即通過抽象的思維方式，對客觀對象進(jìn)行構(gòu)建，以達(dá)到反映其本質(zhì)特征的目的，接著利用該模型去驗證、實踐證明原型理論，同時理論的模型化也可以反向解釋客觀存在。模型則是原型和理論之間的橋梁。具體如圖表1所示：

三、物理模型法在教學(xué)中的應(yīng)用

（一）物理模型法教學(xué)的一般途徑

物理建模和運用模型并不只是簡單的思維過程，一般會運用一定的科學(xué)方式和方法，以便更迅速，更準(zhǔn)確的建立更科學(xué)、合理的模型。模型建成后需要進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式，用來靈活地運用物理模型，以達(dá)到處理、解決實際問題的目的。首先，分析研究對象的主要因素，忽略其他次要因素。其次，把握本質(zhì)特征，抽象研究對象結(jié)構(gòu)完成建模。最后，通過實踐事實驗證。具體如圖表2所示：

（二）模型法在教學(xué)中的應(yīng)用策略

物理模型法一般在概念教學(xué)、規(guī)律教學(xué)、實驗教學(xué)以及習(xí)題教學(xué)中入手。文章從“汽油機(jī)的工作過程”所屬的物理實驗教學(xué)入手說明。首先，明確實驗要解決的物理問題是什么？如何建立實驗?zāi)Ｐ汀Ｆ浯危O(shè)計基本構(gòu)件，建構(gòu)模型，判斷可行性。最后，進(jìn)行構(gòu)建活動，將模型理論進(jìn)一步遷移。

（三）教學(xué)片段實施過程

[“熱機(jī)? ?汽油機(jī)的工作過程”的教學(xué)內(nèi)容]

四、開拓深層探索

模型方法的學(xué)習(xí)有利于理解和掌握物理知識，提高技能;有利于掌握物理研究方法，提高思維品質(zhì);有利于培養(yǎng)正確的人生觀、世界觀、價值觀和方法論;有利于發(fā)揮教師與學(xué)生各自的作用。教師的意義在于幫助學(xué)生探索知識的道路，鼓勵學(xué)生找到自己的興趣所在，并且學(xué)會在探索過程中檢視自己的學(xué)習(xí)所得和所取得的成功。模型法適用于更多的學(xué)科，更多的方面，不同的思維方式是模型建構(gòu)的源泉。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳繼光.《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中的實驗變化分析[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（20）：47-48+54.

[2]Hestenes （1992），Modeling Game Sinthe Newtonian World [J].AmerieanJournalofPhysies60，732-748.

[3]周漢臣.如何建立物理模型[J].中學(xué)物理教學(xué)與研究，1987，（2）：52.

[4]譚會.中學(xué)物理模型教學(xué)設(shè)計的理論與實踐研究[D].東北師范大學(xué)，2009.9.

[5]羅兆華.施教為學(xué)促進(jìn)建構(gòu)[J].物理教師，2004（10）：5-9.

[6]劉永琴.心理模塊觀：認(rèn)知心理學(xué)研究的一種新范式[D].華東師范大學(xué)，2013.