重在悟理，源于模型
——初中物理模型法教學(xué)初探

劉利民

（江蘇省淮安市漣水縣鄭梁梅中學(xué)，江蘇 淮安）

之所以中學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中會出現(xiàn)差異，其關(guān)鍵并非智力差異，更多是悟理能力的差距。物理本身就是讓學(xué)生“格物究理”，即學(xué)會如何對事物的道理進(jìn)行探究?！拔颉钡倪^程中一個領(lǐng)會和參悟的過程，我們常說觀字悟理、由事悟理，可見“悟”需要借助一定的外力對學(xué)生加以“刺激”和引導(dǎo)。而相對于較為抽象的物理來說，讓學(xué)生領(lǐng)會本質(zhì)，感悟道理最直接且有效的方法就是直觀形象的模型。對于“模型”，錢學(xué)森給出了一個非常簡單的概括，“模型即圖畫”，而在科技發(fā)展的今天，物理模型逐漸打破了平面模型的限制，產(chǎn)生了立體模型以及多維模型，成為幫助中學(xué)生更好地學(xué)習(xí)物理的有力工具。本文結(jié)合物理教學(xué)實(shí)踐，對“模型法”的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

一、幫助學(xué)生“建模”

對于一些實(shí)際問題用物理學(xué)進(jìn)行研究和分析，往往會讓學(xué)生感覺到有些復(fù)雜，所以在物理教學(xué)中教師多用簡化方法，即用科學(xué)抽象的方法對其進(jìn)行處理，通過可以將事物本質(zhì)反映出來的物理或者結(jié)構(gòu)，對事物進(jìn)行描述，讓分析和理解更加直觀和簡單，這就是建模。物理建模是一種方法，也是一種思維，它是從另外一種角度對物理問題進(jìn)行研究和分析的方法。建模的關(guān)鍵在于能夠運(yùn)用比較思維和抽象思維將事物的主、次以及無關(guān)的各個因素進(jìn)行區(qū)分，從中找到本質(zhì)進(jìn)行概括。如在讓學(xué)生們認(rèn)識“連通器”時，引導(dǎo)學(xué)生們先對鍋爐的水位計、燒水壺和自動奶牛喂水器等模型進(jìn)行觀察和分析，嘗試對這些物體的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)進(jìn)行比較，找出共性特征，如物體的開口都在上端，而下面都是相互連通的等等，通過具象的物體建立起抽象的模型，然后再進(jìn)行連通器原理的講解，學(xué)生很容易接受。而在讓學(xué)生們認(rèn)識連通器具有哪些特點(diǎn)時，可以在連通器底部抽象出一小液片的模型，如果小液片在左、右液體的作用力下可以達(dá)到平衡靜止，那么說明兩邊存在大小相等的平衡力，這也就說明在小液片面積不變時，兩邊液體壓強(qiáng)也是相同的，由此壓強(qiáng)大小和液體濃度與密度有關(guān)，通過受力分析就能夠總結(jié)出連通器具有“裝入相同液體，液體靜止時始終能夠保持平衡”的特點(diǎn)。建?？梢詭椭鷮W(xué)生學(xué)會如何通過具體分析直達(dá)問題本質(zhì)，具備如何運(yùn)用“抽象思維”解決問題的思維能力，也是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性和創(chuàng)新學(xué)習(xí)的主要途徑。

二、“理數(shù)模型”的有機(jī)整合

數(shù)學(xué)與物理之間存在著十分密切的關(guān)系，在物理學(xué)習(xí)中通過數(shù)學(xué)模型與物理模型相整合的方法，啟發(fā)學(xué)生“悟理”的方法非常有效。主要是通過數(shù)學(xué)模型對物理問題中涉及的研究對象的狀態(tài)、過程和位置以及它們之間存在著怎樣的規(guī)律等內(nèi)容進(jìn)行“純化”和“簡化”，便于學(xué)生以更加概括和簡潔的方法挖掘物理本質(zhì)，描述物理規(guī)律，方便進(jìn)行定量計算。如某學(xué)校初三學(xué)生在進(jìn)行石子密度的測定實(shí)驗(yàn)時，設(shè)計了兩個方案，請同學(xué)們解決這兩個方案中提出的問題，并從老師給出的信息中將方案①的測定誤差是方案②的多少倍。

方案①：器材包括分度值是1g的天平和砝碼，分度值是1ml的量筒，細(xì)線，石子和水。步驟先將石子質(zhì)量m通過天平進(jìn)行測量，然后將適量水倒入筒中，測出水體積V1，再用細(xì)線將石子綁住浸沒于裝有水的量筒中，將水下讀數(shù)V2進(jìn)行記錄。問石子密度是多少？

方案②：器材包括分度值是0.1N的測力計，細(xì)線，水，燒杯和石子。步驟是先用細(xì)線系好石子，將石子重力G通過測力計進(jìn)行測量，然后將系有石子的測力計放于裝有水的燒杯中，記錄測力記的示數(shù)F。問石子密度是多少？

老師給出的信息：物理實(shí)驗(yàn)中如果測量某些物理量，必然會有誤差存在，分度值和誤差兩者是正比關(guān)系；如果有一個C=A×B的物理量，通過不同方案對A、B進(jìn)行測量，得出分別為A1、A2，B1、B2，C1、C2的數(shù)據(jù)時，如果 A1誤差是 A2兩倍，則 B1是 B2的三倍，C1是C2的六倍。

老師給出的信息其中就蘊(yùn)含著數(shù)學(xué)建模，即運(yùn)用“誤差分析”對兩個方案中測出的密度進(jìn)行推導(dǎo)，就可以得出方案①的測定誤差是方案②的一百倍。

三、自制模型

模型法教學(xué)不僅要培養(yǎng)學(xué)生空間結(jié)構(gòu)的建模能力，還要注重實(shí)物模型對學(xué)生的啟發(fā)。隨著科學(xué)發(fā)展技術(shù)的創(chuàng)新，“科技模型”帶著時代的氣息走進(jìn)了中學(xué)生視野，使用和制作物理科技模型，可以幫助學(xué)生更直觀地通過模型領(lǐng)悟知識，還可以培養(yǎng)他們的創(chuàng)造與創(chuàng)新能力。為了能夠發(fā)揮科技模型的“功效”，可以通過成立科技活動小組的方式，讓“模型”走進(jìn)物理課堂，并延續(xù)到課外。如在學(xué)習(xí)“力的作用是相互的”時，可以讓學(xué)生親自操作彈射機(jī)進(jìn)行起飛，并觀察起飛的過程，并鼓勵學(xué)生與老師一起制作“木質(zhì)彈射機(jī)”，在制作、使用的過程中學(xué)生對工作原理有了一個清晰的認(rèn)識，也在動手實(shí)踐中感悟了為什么說“力的作用是相互的”這個基本原理。而學(xué)習(xí)“電磁學(xué)”時，還可以帶領(lǐng)學(xué)生一起到電子器材店里或者是天貓上購買不同型號的小電機(jī)、電燈等配件，讓學(xué)生自己安裝電路，讓學(xué)生充分領(lǐng)略到科技的力量和模型的樂趣。

悟理是幫助學(xué)生通過物理知識對人生有一個更深層次的認(rèn)識與理解，讓他們即使不能夠熟悉地運(yùn)用物理知識，也可以在自然或者社會現(xiàn)象中去發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律。模型則是開啟學(xué)生悟理之旅的一把鑰匙，它帶領(lǐng)著學(xué)生穿越物理隧道，用全新的自己去迎接未來美好生活。