指導(dǎo)建模 培養(yǎng)物理科學(xué)思維

程鵬舉

(江蘇省灌云高級(jí)中學(xué) 222200)

在高中物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生面臨的主要問(wèn)題是認(rèn)為知識(shí)點(diǎn)抽象，學(xué)生思考問(wèn)題思路不全，思考問(wèn)題存在片面判斷等.采用模型建構(gòu)，則是一種很好的教學(xué)手段，通過(guò)模型建構(gòu)，有助于學(xué)生將抽象的問(wèn)題直觀化，也有利于學(xué)生形成嚴(yán)密的思維方式，也可最大程度的調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，至于如何指導(dǎo)學(xué)生建模，筆者采用以下幾種方式.

一、類比法，擴(kuò)大空間

高中物理中，教科書(shū)版本在解釋一些問(wèn)題時(shí)，會(huì)復(fù)雜化，將知識(shí)點(diǎn)變得抽象，在日常教學(xué)活動(dòng)中，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在理解問(wèn)題時(shí)會(huì)顯得吃力.因此，教師則應(yīng)該創(chuàng)新教學(xué)方法更為適應(yīng)學(xué)生的發(fā)展.筆者認(rèn)為，通過(guò)類比法，指導(dǎo)學(xué)生建模，則可以有效地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理.

例如在選修3-1中學(xué)習(xí)“串并聯(lián)電路”時(shí)，在解釋串聯(lián)電路中各部分電路電壓關(guān)系時(shí)，教科書(shū)中通過(guò)電勢(shì)關(guān)系來(lái)進(jìn)行解釋，即U01=φ0-φ1，U12=φ1-φ2，U23=φ2-φ3，U01+U12+U23=φ0-φ3，而φ0-φ3=U03,所以U1+U2+U3=U03,來(lái)解釋，學(xué)生則很容易產(chǎn)生困惑和不解.筆者便采用與生活實(shí)際現(xiàn)象來(lái)類比，如水壓和水流，則就很直觀，自來(lái)水管中的水流都是相同的，將水壓看成電壓，將水流看成電流，然后想像，自來(lái)水供水的過(guò)程，學(xué)生則理解了很多.同樣，在學(xué)習(xí)并聯(lián)電路中的支路和干路的電壓電流關(guān)系，也可以用水壓與水流關(guān)系來(lái)類比解釋，如各用戶所需水量等于自來(lái)水公司的總出水量等.通過(guò)此，便可以建立起關(guān)于電路的一些模型，可以幫助學(xué)生用于處理日后遇到的類似問(wèn)題.

通過(guò)將物理學(xué)科中的一些物理現(xiàn)象，客觀存在卻無(wú)法用肉眼直接觀察到的抽象知識(shí)點(diǎn)，則可以通過(guò)類比法來(lái)使學(xué)生理解，以類比的方式放大一些問(wèn)題的細(xì)節(jié)內(nèi)容，從而建構(gòu)相同體系問(wèn)題的模型，擴(kuò)大學(xué)生的思維空間，有效地發(fā)展學(xué)生的物理科學(xué)思維.

二、虛擬法，形象引入

物理中存在一些抽象的知識(shí)結(jié)構(gòu)，其實(shí)在世間萬(wàn)物中是不存在的，但卻在實(shí)際問(wèn)題的處理過(guò)程中，得需理解，認(rèn)為其是存在的.因而，一些學(xué)生選擇通過(guò)憑空臆想的方式解決，可這樣的方式，是很容易出現(xiàn)思維空洞的.因此，教師則需要引入虛擬的物質(zhì)，來(lái)幫助學(xué)生理解和建立模型.

例如在選修3-1中學(xué)習(xí)“磁現(xiàn)象與磁場(chǎng)”時(shí)，學(xué)生很難理解磁場(chǎng)的存在是一種什么方式，因此可以引入虛擬的磁感線，從N極出發(fā)，之后回到S極，從而建立模擬畫(huà)出磁感線的大致方向的這種物理模型，對(duì)于學(xué)生的幫助是長(zhǎng)久的.又如在學(xué)習(xí)“通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力”時(shí)，則可以以這種方式為基礎(chǔ)，進(jìn)而發(fā)掘新的物理模型“左手定則”，通過(guò)虛擬引入的磁感線，并注明方向，之后，模擬擺動(dòng)手掌使磁感線射入手掌心，并且食指指向電流方向，而大拇指這就是所受安培力F的方向，來(lái)處理一些關(guān)于判斷受力方向的習(xí)題，這樣的方法還有很多，如右手定則等等，都是可以以這種方式來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)的.作為學(xué)生在遇到此類問(wèn)題的下意識(shí)反應(yīng)，則更有利于學(xué)生對(duì)于物理的學(xué)習(xí).

采用虛擬法，形象引入虛擬物質(zhì)，來(lái)指導(dǎo)學(xué)生建立模型，用于問(wèn)題的處理，培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維的事例還有很多，如在光速的學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)引入光線等，都是非常典型的實(shí)例.因此，教師要發(fā)散自我的思維，來(lái)尋求多樣化的教學(xué)方式來(lái)幫助學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)思維.

三、實(shí)驗(yàn)法，感知表象

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)、觀察為主的學(xué)科，而這兩點(diǎn)，則是讓學(xué)生充分掌握知識(shí)內(nèi)容的保證.通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得的現(xiàn)象，則會(huì)形成一個(gè)個(gè)具體的模型印刻在學(xué)生的思維中，充分感知表象后的實(shí)質(zhì)問(wèn)題.因此，筆者認(rèn)為，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)法來(lái)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型，培養(yǎng)物理科學(xué)思維.

例如在必修一中學(xué)習(xí)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，筆者便通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生感知表象，采用控制變量法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，起初學(xué)生通過(guò)保持質(zhì)量m不變，探究F與a的關(guān)系.直觀表象，學(xué)生則是通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙條來(lái)得出單位時(shí)間內(nèi)小車移動(dòng)的距離，來(lái)求得小車獲得的加速度a的大小，因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔恒為0.02秒，因此可以作為此實(shí)驗(yàn)的計(jì)時(shí)方式，并利用多次實(shí)驗(yàn)得出的F與a的數(shù)據(jù),繪制出坐標(biāo)圖，隨后學(xué)生便驗(yàn)證了F=ma的公式，而通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生形成的一個(gè)個(gè)具體模型便有助于學(xué)生感知加速度，質(zhì)量與作用力三者之間的內(nèi)在聯(lián)系.對(duì)幫助學(xué)生奠定關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，筆者認(rèn)為是非常有益的于學(xué)生而言.

因此，教師可以通過(guò)這種方式來(lái)指導(dǎo)學(xué)生建立模型，幫助學(xué)生搭建起主體和客觀認(rèn)識(shí)之間的橋梁，感知到表象之后的物理現(xiàn)象和原理，同樣，許多的物理公式和概念，都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)認(rèn)識(shí)和理解，形成模型，這也幫助學(xué)生培養(yǎng)物理科學(xué)思維和有效地獲取知識(shí)內(nèi)容的關(guān)鍵方式.

建構(gòu)模型的學(xué)習(xí)方式，幾乎對(duì)于所有理科性科目的學(xué)習(xí)是通用的，在模型的建構(gòu)過(guò)程中，可以將需要掌握的知識(shí)點(diǎn)涵蓋為一個(gè)個(gè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生充分理解和掌握知識(shí)難點(diǎn)與重點(diǎn)，并且形成單個(gè)的認(rèn)知體系，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科的科學(xué)思維是有巨大幫助的.因此，筆者是極力提倡在學(xué)習(xí)中，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生建立模型的方式，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)習(xí).