高中物理模型的建構與教學方法的研究

羅華權

摘 要：物理模型作為一種研究物理問題的科學方法，在高中物理教學過程中如何合理地滲透物理模型的概念和引導學生構建物理模型成為提高教學效果的重要途徑之一。本文簡要闡述了物理模型的概念、分類和作用，進一步提出建構物理模型的方法，并結合物理教學實際案例探討物理模型教學的方法和原則，最后對新課程改革形式下的高中物理模型建構教學提出新的要求。

關鍵詞：高中物理；物理模型；解決問題；物理教學

引言

高考物理的命題素材常常來源于生活實際，如體育運動、電子電器、神舟飛船等實際問題，學生面對這一類問題往往不知所措。這就要求學生學會將某些實際問題抽象概括，形成一些物理模型，利用物理模型來分析和解決這類實際問題。本文嘗試研究如何在教學過程中培養學生建立物理模型、應用物理模型解決問題的能力。

1 物理模型的概念、分類及其作用

所謂物理模型就是根據所研究對象的形狀、大小、運動過程、狀態、結構等特征，抓住主要因素，忽略次要因素從而建立起來的一種高度抽象的，理想化的實體、概念和過程 [1 ]。實體、概念、過程它們均來源于實際，又不同于實際。比如質點，質點是一個沒有大小和形狀，只有質量和位置的點。這樣的點在實際生活中是不存在的。但是，我們在研究一些問題時，可以把某些物體看成質點，盡管它實際上可能很大，比如研究地球繞太陽運動時，我們可以把地球看成質點 [2 ]。

物理模型分類主要可以歸納為以下兩種：

（1）對象模型

理想模型是一種典型的對象模型，抓住研究對象的特征本質，對復雜的事物進行簡化抽象后而建立的理想化模型。常見的模型主要有：質點、點電荷、彈簧振子、單擺等。

（2）過程模型

過程模型有別于對象模型，其研究對象必然伴隨某個物理過程的發生，自然界中的物理過程往往復雜多變，影響因素繁多。為了對復雜的物理過程進行分析，必須學會化繁為簡，抓住物理運動的主要特征和規律，從簡單的物理過程模型出發，首先揭示簡單物理過程的規律性，再進行相應的補充和修正，不斷接近乃至完全解決復雜的物理過程。常見的過程模型主要有：勻速直線運動、簡諧運動、彈性碰撞等。

物理模型作為貫穿物理學知識的一條主線和根本，只有在課堂教學過程中不斷地滲透這個概念，讓學生從學習物理開始便清晰明了，才能讓學生從繁重的物理題海中解脫出來，減輕學習壓力，同時培養學生學習物理的興趣和創新意識。

2 如何建構物理模型

2.1 物理模型構建過程

建模旨在抓主略次，物理學所研究的對象往往受各種因素的干擾和影響，有的是主要因素，有的是次要因素。研究問題時不能眉毛胡子一把抓，把所有的因素都考慮在內，為了便于對模型的直觀分析，我們對所研究的客體要進行整理、篩選，抓住其主要的、本質的東西，舍去其次要的，非本質的東西。建模過程圖如圖1。

2.2 以高中物理中主要力學模型為例，結合教育學、心理學理論探討如何幫助學生構建物理模型

考試中學生遇到有關實際問題的題目時，常常不知道如何下手。原因在于沒有理解透徹常見物理模型，只是機械地記憶一些公式，遇到這類題目時就亂套公式。因此充分理解物理模型和厘清這些物理模型就變得非常重要，本文選取幾種常見的力學模型，簡要介紹物理模型總結如表1所示。

理論教學論指出：物理問題的解決過程一般是在給定某個特定物理問題的前提下，尋找與之相關的基本概念規律和基本理論進行解決問題的一種心理學過程，是一種將給定情境轉化為目標情境的、非自動化的、有目的性的認知加工過程 [3 ]。普通心理學理論認為：對問題解決過程起主要作用的影響因素主要包括：問題情境、遷移、原型啟發和思維定勢等 [4 ]。表1給出的高中階段常見的幾種力學模型，根據教育學和心理學理論，教師在物理模型的教學過程中如何有效滲透概念，讓學生主動進行模型的建構和有效合理聯想和應用相關模型分析問題和解決問題尤為關鍵。

針對高中階段的常見力學物理模型的教學，核心問題就是合理定位師生角色，共同完成物理模型的建構。首先，要讓學生成為模型學習的主動建構者，要求學生在知識的學習過程中發揮主動性，敢于假設、小心求證的探索精神；發揮想象力，破除思維定勢；具備團隊協作意識，對新的問題進行分組交流和探討等方面的主觀能動性。強調學生在模型學習的過程中，善于結合新舊知識和特定物理情境之間的內在聯系，從而實現學生自主建構物理模型的目的。其次，在模型建構過程中教師要以學生為中心，扮演建構過程的引導和促進者的角色。教師要充分把握學生的知識水平和學生特點，有的放矢地實施教學過程。在建構過程積極調動學生的學習興趣，讓學生形成良好的學習動機；合理創建教學情境，善于總結和引入新舊知識的聯系，幫助學生合理進行物理模型的建構；充分利用教學技巧，組織學生進行分組討論并進行分析評價和總結，啟發和引導學生自主發現物理規律，從而有效完成模型建構的教學。

3 物理模型教學實踐

3.1 物理模型教學過程中的主要問題

在物理教學中，如何正確有效地對學生滲透物理模型是當前眾多教師和專家學者關注的問題，由于高中學生接觸物理的時間有限，尚無法從大處著眼，整體上把握物理的主要脈絡。學習的知識章節分明，階段性強，學生往往學習后一章的知識便忘記前階段的知識點，一時無法摸透物理的本質特征，此外大部分學生缺乏建立物理模型的意識和能力。新課程采用的教材很好的解決這方面的困難，力、熱、光、電和原子物理的教材編排為教師進行模型教學提供了良好的基礎，在此基礎上，建議教師可以在各個模塊教學伊始和復習的階段強調和總結本模塊主要的物理模型，讓學生自主從課本中的知識點出發，進行總結，教師進一步進行反饋和補充，讓學生可以清楚地把該模塊的內容化繁為簡，師生互動，從而有效地將物理模型真正應用到實際問題的分析和解決中去。

3.2 物理模型教學的教學原則

結合教育學、心理學和高中物理知識的特點，對高中物理模型教學的原則做如下歸納：

（1）教師為主導和學生為主體相結合的原則

所謂的教學就是教師的教和學生的學兩者共同完成的過程。教師在教學中起主導的作用，他們承擔著教學內容的安排、教學目標的確定、教學方法的選擇等。教師所做的一切都是為了調動學生學習的積極性，讓學生更好地學習，讓他們在老師的指導下，更好掌握知識，更出色發揮自己的能力。從學的方面來說，學生是知識的主體，在開展模型教學時，首先考慮到學生在學習過程中的主觀能動性，使學生更好的參與教學過程，并積極主動地去探索、認知，并將知識化為自己認知結構的一部分 [5 ]。

（2）強調科學性、注重建模過程的原則

教師在進行物理模型的教學中，一定要注意思想性和科學性的統一。教師在教學中不能一味地追求創新，創建的物理情景要符合科學，符合學生的認知水平。比如：教師在解決物理問題時所選取的物理模型必須有助于學生的自主構建，這樣才能留給學生自主的空間。

（3）充分利用現代多媒體技術輔助教學的原則

物理的很多知識本身比較抽象，為了讓學生更好地學習，教師可以通過多媒體或提供一些比較感性的材料，更好地幫助學生建立物理模型。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，因此我們提倡在物理模型教學的時候，應該堅持實驗優先的原則 [6 ]。在教學的過程中發現，通過演示實驗，學生更容易清晰明了，更有助于學生構建物理模型，教師也可以設置一些探究性實驗引導學生構建物理模型，解決實際問題。

參考文獻：

[1]劉長增.淺議物理模型[J].宿州師專學報，2004（3）：96.

[2]甘祥根.物理模型及其應用[J].廣東技術師范學院學報，2004（6）：17-19.

[3]閆金澤.物理教學論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：35.

[4]王雁.普通心理學[M].北京：人民教育出版社，2002：167.

[5]高原.淺談中學物理教學原則[J].教育科學，2010（2）：158.

[6] 林益遐，陳寶民.從物理教學的基本原則談物理教學的改革[J].科技信息，2012（35）：815.