建立物理情景和物理模型在物理教學中的重要性

劉蘇文

在高中階段的物理學習中,高中學生,特別是高中一年級的新生,反映比較普遍的問題就是:高中物理難學,課堂上教師講的內容,基本能聽懂,但在處理一些物理問題時,感到很茫然,覺得無從下手。究其原因,大多數學生在處理物理問題時,首先是不能建立起相應的物理情景,當然也就談不上相應的物理模型的建立,最終導致物理問題不能處理或是處理不當。學生在學習中遇到的許多問題,都與對問題的物理情景建立、理解有關,很多困難“難”就難在對物理情景不清楚,因此無法運用物理模型或物理規律解決問題。對教學中的物理概念、物理規律理解不清楚,也與教師沒有設立合適的物理情景進行教學有關。可以說,學生學習物理的第一步就是建立物理情景。物理問題都是通過某種物理情景呈現的,這與物理學的研究對象是一些有形客體或理想模型密不可分的,從因果關系看“景”是通過“物”呈現出來,作用于人的感官才能“觸景生情”。

建立物理情景是建立物理模型的基礎,是建立物理模型的一個重要步驟,是不可或缺的。在建立物理情景的過程中,要引導學生從物理問題中獲取建立物理情景的重要信息,再對這些信息進行必要的加工整理、去偽存真的同時,引導學生積極思考問題,讓學生在積極的思考中體驗自己的思維經歷,并在自己的腦海中留下這種思維經歷的烙印。建立物理情景實際上就是將物理問題恢復還原為一個物理過程,一個物理過程可以是一個單一的物理過程,也可以是一個物理過程中包含有幾個小的物理過程。在把握一個物理過程所提供的各種信息的同時,也要把握各個小的物理過程之間的相互聯系和相互制約,大多數情況下這種相互聯系和相互制約的連接點,就是解決物理問題的切入點。在一個物理過程中,把握住了物理問題中提供的各種信息,以及這些信息之間的相互聯系和相互制約的關系,就等于把握住了建立物理模型的要點,就等于為建立物理模型鋪平了道路。在建立物理情景的基礎上,過渡到物理模型的建立,是培養學生形成物理思維的一種有效的方法,也是培養學生用物理方法解決實際問題能力的一種現實的、有效的、可行的途徑。

物理模型(包括它的數學表達)是物理問題的高度抽象和概括,是認識主體對客觀實際能動反映的一種表現,是認識主體由實踐上升為理論的一個過程。物理模型不僅是典型的物理問題,也是對物理基礎知識的高度概括和總結。物理模型的首要特點就是它的典型性和代表性。物理模型是從一類物理問題中,突出問題的主要屬性,抓住問題的主要本質,去除干擾和次要因素,即抓住事物的主要矛盾,而忽略其次要矛盾。例如,質點的剛體模型。物理模型是集基礎知識與基本規律于一體,具有代表性的物理規律的集中體現。物理模型不只是物理知識的結晶,同時也是物理思維的結晶,更是處理物理問題的一種方法,掌握好物理模型的建立,除了加深對物理概念的理解之外,還可以從物理模型的建立,理解物理知識深刻的內涵及外延,體會將物理知識用于解決實際問題的思路和邏輯方法。

物理模型不僅能簡明扼要地揭示物理規律,還可以體現出物理模型和物理規律在表現形式上的完美與和諧。例如,動量定理和動能定理,前者表現了力在時間上的累積效應,后者表現了力在空間上的累積效應。力的作用效果在時間和空間上的表現是那樣的完美與統一;在形式上的表現是那樣的對稱與和諧。從這種形式中可以體會到物理學美麗的風景,體會它在形式上的完美。物理模型是知識與思維的產物,是物理知識與能力的完美結合,體現物理模型的和諧美,體現科學思維與人文精神相互作用的偉大結果。

物理情景與物理模型的建立,可以使抽象的物理知識更貼近于現實實際生活,更貼近學生的生活經驗。使學生學習物理知識能有親切感和現實感,同時豐富物理課程的形式,特別是在新教材引入研究性學習、探索性活動的情況下,如何讓學生在較少的課時內,掌握更豐富的物理知識,物理模型的教學不失為一種有效方法。抓住物理情景與物理模型的建立,將最基礎、最典型的物理模型、物理問題介紹給學生,并通過建立物理情景和物理模型,將研究方法和處理物理問題的方法展示給學生,引導學生積極思考,感悟物理情景與物理模型的建立在處理物理問題時所發揮的積極、有效的作用。

物理模型來源于實踐,從實踐中形成理論,又反作用于實踐。物理模型作為物理基本知識單元,是掌握基本物理知識的基礎,也是形成物理綜合問題的基礎。創新學習,從某種意義上講,就是打破原有的知識結構,對原有知識結構進行重新組合,重組的過程就是知識遷移的過程。在學習過程中不斷發現原有物理模型的缺陷,于是在打破原有知識結構的過程中,建立新的物理模型。

總之,從物理情景的建立到物理模型的建立,是學會從實際問題中提煉物理模型的過程,是解決和處理物理問題的常用的、行之有效的方法之一,其在物理教學中所處的地位,可見一斑。

(作者單位:甘肅省天水市第八中學)