利用幾何畫板創設情境提高學生建模能力的研究

陳金鵬

(山西省呂梁市離石區江陰高級中學 山西呂梁 033000)

情境教學是指給學生創設一定真實、生動的教學情境，讓學生在特定的情境中學習物理知識，提高學生的學習能力和學習意識。幾何畫板是一種能夠作圖和實現動畫的輔助教學軟件，對物理教學有重要作用。建模，顧名思義就是建立模型，是為了理解事物而對事物作出的一種抽象、無歧義的書面描述。學生的建模能力得到提高，能夠將抽象的物理概念變得更加形象具體，使復雜的物理知識變得更加簡單，有利于激發學生的想象力、創造力，推動物理教學的良好開展。

一、提高學生物理建模能力的重要性

物理學科是一門實用性的學科，物理建模能力對物理學習和學生的有重要作用，是連接物理知識與現實應用的橋梁。物理建模能力的提高能讓學生的創新意識得到提升，學生對物理知識的學習也會更加積極主動。物理模型本就具有創新性，在物理模型上，學生的思維和思路會更加清晰，能有效培養學生的創新意識。在物理模型的基礎上，學生能夠形成正確的思維方法，提高創新能力。建模能力的提高能夠有效保障學生的思維變化，提高學生的思維性和創新性，指導學生在良好的思維前提下進行知識學習，提高學生的綜合學習水平[1]。

高中物理知識比較抽象、不易于學生的理解和學習，導致很多學生逐漸喪失學習的自信，很容易被學習中的困難所打倒。借助物理模型提升學生的物理建模能力，就可以幫助學生順利理清物理圖像，降低物理知識的難度，消除繁瑣性，使物理學習變得簡單輕松。這樣一方面能夠降低教師的教學難度，另一方面能降低學習難度，增強學生的學習自信，培養學生的綜合能力。物理建模的特點就是典型性、方法性、美學性，物理模型是從一類物理問題中緊抓本質內容，將知識和規律結合在一起選擇出具有代表性的結果。此外，物理模型不僅是知識的結果也是思維的結果，能夠加深學生對物理概念的認識，使學生懂得物理知識的內涵。而且物理建模能夠簡明扼要地揭示物理知識和問題，將物理的形式美展示出來。物理模型主要分為實物模型、過程模型、問題模型，學生物理成績的好壞在很大程度上取決于學生對物理模型的掌握，也就是學生的建模能力。

錢學森先生曾說過：“模型就是通過我們對問題現象的分析，利用我們考究得來的機理，吸收一切主要因素，略去次要因素所創造出來的一幅圖畫，是形象化了的自然現象。”所以物理模型以及學生的建模能力就是在科學思維的基礎上對物理世界中的原物的一種抽象介紹，是跟隨一定目的，用物質形式或思維形式對本質的還原再現。因此，學生建模能力的提高能讓學生的物理學習成績增強，有效保障物理教學的效益，使物理問題得到簡化卻又不會產生過多的差異性，這樣就可以使學生更好地掌握物理知識的規律，對實際事物有詳細的研究和分析，對物理世界有充分的認識，進而提高學生的物理綜合水平。

二、利用幾何畫板創設情境提高學生建模能力的策略

（一）利用幾何畫板改進教學方式，促進教師專業發展

在如今的教學中，信息技術的應用已經十分普遍，不管是生活還是學習中，隨處可見信息技術。幾何畫板就是信息技術下的一個產物，它就像是一張神奇的圖畫紙，能讓所畫出來的對象運動，這也是被稱之為動態幾何的原因。利用幾何畫板開展高中物理教學，教師需要提前對幾何畫板有所掌握。而且幾何畫板不像多媒體以及其他信息技術那樣繁瑣，它就是簡單的一張“畫紙”、一根“筆”，便于教師精準掌握，創新物理教學[2]。

時代在變化，教育在發展，教師勢必要與時俱進，提高教學能力，掌握科學有效的教學方式，能夠站在學生的角度思考教學，這樣才能讓教學質量有所提升，讓自身的專業能力有所提升。幾何畫板創設情境的教學是對傳統教學模式的一個推翻，徹底打破了一張黑板、一根粉筆教學的時代，這是對教學的一個更新換代，是對教師的一個幫助，也是一種促進。幾何畫板的應用讓課堂的教學氛圍更加活躍，可有效增強學生的學習能力，使物理課堂教學有效開展，教師能夠從日常教學入手，培養學生的建模能力，通過幾何畫板創設情境來提高學生的建模能力，轉變學生對物理教學的認識，提高學生的建模能力。

（二）利用幾何畫板導入物理知識，培養學生建模意識

在高中物理教學過程中，教師要合理導入知識，可利用幾何畫板創設教學情境，使學生對物理知識的學習更加有興趣，培養學生建模意識。教師要轉變傳統教育的做法，可巧妙借助幾何畫板導入物理知識的學習，全面培養學生的建模意識，激發學生對物理知識的興趣。

例如，學習“機械波”中的“波的形成和傳播”時，教師可以直接在幾何畫板中繪制出一個聲波的模型，在幾何畫板中繪制出水平直線，再利用各種工具繪制直線，將繩子看成不同的質點，最終通過振動來形成波形。這樣的方式遠比讓學生根據課本上死板的圖像及文字的教學效果要好得多。教師在繪制過程中，可以讓學生猜測教師繪制的內容是什么，勾起學生的學習欲望。學生能夠結合動態的聲波模型對接下來的教學內容產生興趣，這可對物理教學起到很大的促進作用，讓學生在幾何畫板的知識導入下形成科學的建模意識，讓物理知識的導入變得更加豐富有效，為接下來的物理教學打下堅實的基礎。

（三）利用幾何畫板優化物理課堂，強化學生創新思維

物理知識的抽象性和復雜性讓很多學生望而止步，無法接受物理知識的教育和引導，無法開展物理高效課堂。幾何畫板的作用不僅是為了讓知識進行良好的導入，它更是能夠展現出物理現象，模擬物理現象，在連續改變某些量化后更好地探討物理知識。幾何畫板能夠優化物理課堂，使學生的創新思維更加活躍，在教師的指導下對物理知識的掌握更加完善，對物理概念的認識更加輕松，就像抽絲剝繭一般探索出物理的規律和內涵。由此，學生能夠主動加入物理課堂，強化自身綜合學習水平[3]。

例如，學習《相互作用》中的“力的合成”“力的分解”時，高中生對于受力分析還是無法直接了解的，這也是教學中的一個重難點知識。在幾何畫板上能夠通過演示實驗來讓學生對受力分析有新的認識，掌握其中的規律。教師可以根據幾何畫板來給學生展示物體的移動，按條件設定物體重力和摩擦力的系數，利用鼠標設計拉力的大小和方向。經過一系列的驗證能使學生意識到拉力和水平在保持30°仰角時，能夠使物體得到加速，這時所需要的力也是最小的。這些內容都是實際實驗操作中無法掌握和觀看的，在幾何畫板上則能得到直觀的展示，這對學生的思維能力和創新意識也有良好的促進作用，學生也能輕松理解物理知識，懂得物理推算，在良好的情境下提高物理教學質量。

（四）利用幾何畫板加強思維訓練，提高學生建模能力

物理知識中，除了基礎的物理概念，還有各種圖像來表達出物理知識，圖像也是組成物理知識的重要內容，學生也需要全面掌握。圖像在物理教學中有著不可替代的作用，它是探索物理規律的一種有效方法，不僅簡單明了，能輕松解決物理問題，還能讓學生對物理知識的掌握更加清晰，使學生在懂得繪制圖畫、了解圖畫的同時，形成完整的知識體系，進而提高學生的建模能力[4]。

例如，在高中物理教學中，力學和電學都是重要的組成部分，電學設計實驗中有關于滑動變阻器做分壓式連接的實驗內容，是對滑動變阻器的一個選擇。一般來說，都會選擇最小的滑動變阻器進行實驗，在電路安全的情況下讓實驗的開展更加順利。選擇最小的滑動變阻器也是為了讓電阻值變小時，負載上的電壓成線性變化。學生無法全面掌握這一理念，最大的困難是無法憑空猜想出它的變化及內容。利用幾何畫板則能展示出滑動變阻器的變化以及電壓的變化，能夠在雙方的變動下直觀地看到圖像，進而有效掌握知識內容，了解滑動變阻器總阻值的變化對電壓變化的影響，使學生的邏輯思維得到提升，提高學生的建模能力，增強學生的思維水平。

三、結束語

綜上所述，利用幾何畫板創建情境，能有效提升學生的物理建模能力。物理學科是一個范圍涉及較廣的自然科學，覆蓋了多個內容。物理建模能力的培養有助于學生的終身發展，使學生對物理知識的掌握、對物理概念的學習有更深的認識。物理建模是教師教育和學生學習的主要環節，能將抽象的物理知識簡單化，提高學生的學習能力，培養學生的創新意識和能力。