物理模型在物理教学中的应用.pdf

第1 8 卷专辑 V 0 1 1 8 专辑 四川文理学院学报 教育教学研究专辑 S i c h u a nU I l i V e r s i t yo fA r t sa n dS c i e n c eJ o u r n a I 2 0 0 8 年0 6 月 J u n 2 0 0 8 物理模型在物理教学中的应用 林应国 达州市职业高级中学 四川达州6 3 5 0 0 0 摘要 结合当前教学改革的形势和中学物理教学的特点 指出了物理模型在中学物理教育中的作 用 建立 应用 并通过与之对应的教学研究 提出了在中学物理教学中培养学生建模能力的新思路 关键词 物理教学 物理模型 建立 培养 中图分类号 G 6 3 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 4 8 8 6 2 0 0 8 专辑一0 1 4 9 0 3 1 物理模型在物理教学中应用的心理学基础 心理学与教育有着密切的关系 一方面 心理学是教 育的理论依据之一 另一方面 教育也是促进心理学发展 的重要动力来源 1 1 物理模型与认知表象 所谓物理模型 就是在物理学中人们为了研究物理问 题的方便和探讨物理事物的本质而对所研究对象的一种 简化的描述或模拟 或者是对实际问题忽略次要因素 突 出主要因素经过科学抽象而建立的新的物理形象 1 1 它分 为对象物理模型如质点 单摆 点电荷等 过程物理模型如 匀速直线运动 匀加速直线运动 弹性碰撞等 条件物理模 型如光滑平面 不可伸长的轻绳 均匀介质等 从某种意 义上说 物理学概念 定律的创立过程就是一部物理模型 方法史 物理模型有两大主要特征 一是抽象性和形象性 的统一 二是科学性和假定性的辩证统一 2 1 所谓认知表象 就是指在头脑里产生的过去认识感知 过的事物的形象 表象来源于感知 但又不同于感知 引 起感知必须有客观事物 刺激物 作用于器官 而表象则 由其他相关刺激物 事物或词 引起的 认知具有两个重 要特征 形象性和概括性 po 正是由于认知表象具有这些 特点才在教学中提出了一种重要的教学方法一模型方法 1 2 模型认知结构对记忆的作用 所谓记忆就是过去的经验在人脑中的反映 也就是 说 记忆是人脑对曾经感知过 思考过 体验过和行动过的 事物的反映 M 心理学研究表明 人的大脑对通过不同信 道的知识的吸收率 记忆 是大不相同的 视觉8 3 听觉 为l l 嗅觉为3 5 味觉为l 触觉为1 5 因此 大脑储存的知识中 极大多数是通过视觉和听觉获得的 与视觉有关的 图形信息 占绝对高的比例 所以 要提 高记忆效率 就必须将抽象的知识形象化 使之不断的来 刺激人的视觉神经和听觉神经 从而达到记忆的目的 学生学习的是书本知识 这对学生来讲是间接经验 要理解掌握这种知识 必须得到丰富的有关感性材料的支 持 教师运用直观教具 多用物理模型 进行直观教学可 以提供丰富的感性材料 能把抽象的事物具体化 从而有 助于学生对教材的理解和记忆 激起他们学习的积极性和 钻研热忱 2 物理模型在物理教学中的作用 物理模型是中学物理知识的载体 通过对其进行分析 和讲解 是学生获得知识的一种基本方法 更是培养学生 创造思维能力的重要途径 从某种意义上说 物理学概 念 定律的创立过程就是一部物理模型方法史 学生在物 理学习中如果不会构造物理模型或不会应用物理模型就 将给物理学习带来困难 物理模型具有三大功能 首先 它可以使问题大为简 化 从而较为方便的得出物理学的许多基本规律 其次 可以对物理模型讨论的结果稍加修正 然后用于实际事物 的分析和研究中 最后 它有助于对客观物理世界的真实 认识 达到认识世界 改造世界 为人类服务的目的 而物 理模型在中学教学中的具体作用包括 口1 1 利用物理模型可以培养学生的创新意识 物理 模型本身就很具创新性 物理模型的建立也就是一个创新 的过程 如果教师在教学过程中把建立物理模型的创新思 路启发的诉之于学生 就可以培养学生的创新意识 2 利用物理模型可以培养学生正确的思维方法 物理模型的建立 也是一种严密的思维方法 教学中 通 收稿日期 2 0 0 8 珈3 0 4 作者简介 林应国 1 9 6 6 一 男 四川达州人 中学一级教师 主要从事中学物理教学与研究 1 4 9 万方数据 2 0 0 8 年专辑林应国 物理模型在物理教学中的应用 过对物理模型的设计思路及分析思路的教学 能培养学生 对复杂的物理问题进行具体分析 区别主要因素和次要因 素 抓住问题的本质特征 正确运用科学抽象思维的方法 去处理问题的能力 有助于学生思维品质的提高 有助于 培养学生的创新思维 这是培养创新能力的主渠道 3 物理模型的类型 3 1 对象物理模型即把物理问题的研究对象模型 化 如物理教材中提到的 质点 点电荷 单摆 点 光源 等都属于这类模型 3 2 过程物理模型即把研究的物理对象的实际运 动过程进行近似处理 排除其在实际运动过程中的一些次 要因素的干扰 使之成为理想的典型过程 如物理教材中 提到的 匀速直线运动 等温 过程 简谐振动 等都属 于这一类型 3 3 条件物理模型即排除物体所处外部条件的次 要因素 突出主要方面 如中学学过的 绝热 等 在物理教学中 不仅要教会学生根据新的物理情境构 建新的物理模型 还要培养学生根据新的物理情景 通过 类比 联想思维能力的训练 迁移原有的物理模型 达到举 一反三 触类旁通 快速灵活解题的目的 4 物理模型在中学物理教学中的应用 物理模型是物理规律和物理理论建立的基础 没有 物理模型就没有物理概念的产生 就没有物理规律的总 结 更没有物理理论的发展 总之 物理模型在中学物理 教学中有着最广泛的应用 4 1 物理模型在物理概念教学中的应用 物理概念大多都是抽象的 例如 力学中的 速度 加速度 等 电学中的 电场强度 电势 等 要让学生 完全理解它们 就必须在教学中充分地利用恰当的物理模 型 比如 在 加速度 的教学中 就可以通过学生熟悉的 两个匀变速直线运动来让学生寻找比较速度变化的特点 提出如何描述速度变化快慢的问题 自然引入 加速度 的概念 4 2 物理模型在物理规律教学中的应用 探索物理规律 是以抽象思维和形象思维结合的教学 手段 引导学生通过科学抽象和概括 将具体的复杂的物 体或过程 用简化的模型来代替 突出主要矛盾 简化问 题 从而便于研究物体的主要性质 便于找出其中的主要 规律 例如 在 动量守恒定律 的教学中 我们便省略了 外力作用这一次要因素 突出系统内物体间的相互作用 力 通过科学抽象和概括总结出了动量守恒定律 4 3物理模型在解决应用性物理问题中的应用 应用性物理问题是直接取材于生产 生活及大自然 通过简单的加工而成的 与物理教材中常见的抽象问题相 1 5 0 比有较大的区别 应用性物理问题有着它自己独特的特 点 提出问题过程的客观性和复杂性 已知条件的隐蔽性 思考问题的多端性 解决问题的最佳性等 解决这类问题 的关键就在于把生活中的原型正确的转换成物理模型 例如 在讲述磁的本性 原子结构等知识时 可以结合磁分 子模型 原子的行星模型等内容 这样就可以把复杂的问 题简单化 从而便于学生的理解 4 4 物理模型在解答物理习题中的应用 解题过程就是还原拟题者物理模型的过程 解题过 程可归纳如下 1 读题 确定研究对象 2 确定研究对 象的实体物理模型 3 从实体模型和习题给出的已知条 件 待求量出发确定实体模型所处的状态 即确定研究对 象的状态模型 4 确定研究对象状态变化的过程模型 5 通过推理计算 可见 解答物理习题的过程就是对所 研究的问题构成模型 分析模型 计算模型的过程 H 5 学生建立物理模型能力的培养 5 1 学生建模意识的培养 要提高学生的建模能力 就必须要对学生的建模意识 进行培养 教师在传授知识的过程中 要根据实际课时的 内容安排 及时向学生强调基本物理模型的建立过程和条 件 并要求学生牢固把握住这些基本的物理模型 并在具 体解决物理问题时 引导学生如何根据题设条件 从物理 规律出发 通过分析 综合 类比等 突出对所要研究的问 题起主要作用的因素 略去非本质的次要因素 使思维从 纷繁复杂的具体问题中抽象 构造出我们熟悉的物理模 型 然后运用掌握的相关知识予以解决 只要教师把这种 建模意识长期贯穿在教学的始终 学生就会逐渐熟悉并掌 握这种科学研究的思维方法 养成良好的思维品质 使构 建物理模型的意识真正成为学生思考问题的方法和习惯 从而提高学生的建模能力 5 2 学生模型思维能力的培养 模型思维能力是培养建立物理模型能力的前提 所 以要提高学生的建模能力首先就必须培养学生的模型思 维能力 让学生了解正确的物理模型建立的过程及有何意 义 建立物理模型有四种途径 1 明确物理过程 构建 准确的物理模型 2 挖掘隐含条件 建立物理模型 3 紧扣关键词句 构建物理模型 4 抓住问题本质特征 构 建物理模型 6 物理模型的建立 建立物理模型的一般过程 根据所研究的对象和问题 的特点分析比较影响问题的诸多因素 通过联想 类比 等 效等方法 弄清楚起主要作用的因素 舍弃次要的非本质 的因素 可概括为如图1 所述模式 万方数据 林应国 物理模型在物理教学中的应用 2 0 0 8 年专辑 指导实践 图l 建立物理模型的过程 建立物理模型常用的思维方法有 1 分析和综合 2 比较 3 抽象和概括 让学生了解物理模型是怎样 建立起来的 并让学生领会建立物理模型的过程 有助予 培养学生的模型思维能力 从而提高其建模能力 其次 在教学中运用形象化的物理模型可帮助学生理 解和掌握知识 发展物理模型思维 例如 电场线对电场 的描述 原子核式结构对粒子散射现象的解释 光子模型 对光的粒子性的理解 在具体教学中可通过下述方法帮 助学生建立物理模型 1 实验引导 实验使学生在脑海 中有一个直观的 具体形象的物理模型 然后再利用学生 思维中已建立起来的物理模型去解决一些实际问题 2 下定义 有些物理模型的建立 需要从模型本身特点给予 定义 3 举例 在学生已有知识基础上 通过举例的方 法 引导学生建立物理模型 如 杠杆 的教学 总之 在 教学中如能充分运用形象化的物理模型 既能帮助学生学 习知识 又能发展学生的能力 再次 指导学生自觉的将物理模型运用于实际问题 在解决问题中培养和训练学生的物理模型思维 总之 随着新课程改革的发展 教学方法也随着教学 内容和教学目标的改变而改变 为了培养学生的科学素 质及创新能力 逐步掌握科学研究的基本方法 在平时的 教学中 必须注意培养学生构造和应用物理模型的能力 当然 中学生学习物理困难的因素还很多 但只要重视对 学生建模能力的培养 加强对应用性知识的教学 建立与 实际生活的紧密联系 物理教学就会越来越生动 就一定 会使更多的学生喜欢学物理甚至更会学物理 参考文献 1 阎金铎 朱小明 中学物理教学 M 北京 光明日 报出版社 2 0 0 2 2 黄廷基 物理教学论 M 昆明 云南大学出版社 1 9 9 6 8 9 3 4 范安平 教育应用心理学 M 武汉 武汉大学 出版社 2 0 0 3 6 1 6 9 5 冯杰 新课程中学物理实用教学6 0 法 M 广 州 广东教育出版社 2 0 0 5 责任编辑张志远 上接第1 2 4 页 你是怎样表示摆x 个这样的正方形需要 多少根火柴的 通过同学们的动手操作 合作交流 归纳 总结出规律 在活动中 让学生不仅接触到了用字母表示 数 更了解到了为什么要学习用字母表示数 还通过经历 运用数学解决问题的过程 感受到了数学的价值 4 注重运用数学知识 提高解决实际问题的 能力 数学来源于实践 又回到实践 随着数学课程改革的 深入 我们更要重视新理念 吸收新思想 重视学生个性和 创造性思维能力的培养 鼓励学生进行自主探索 引导学 生自觉地应用数学知识去解决生产 生活中的实际问题 让数学走进生活的现实中去 体会数学的应用价值 培养 学生终身学习数学的愿望和能力 增强他们走入社会的竞 争能力 如 在学习 生活中的轴对称 时 让学生运用轴对称 的性质来解决生活中的实际问题 已知一条河流的同侧有 A B 两个村庄 如果要在河边建一供水站 应如何选择地 址才最节省供水管 又如 在学习 一次函数 时 出示例题 某移动公司 开设了两种通讯业务 全球通 使用者先缴5 0 元月租费 然后每通话一分钟再付O 4 元 神州行 使用者不用缴月 租费 每通话一分钟付话费O 6 元 若一个月通话a 分 钟 两种通讯方式费用分别为x 元和Y 元 写出两种通讯方式的函数关系 一个月内通话多少分钟 两种通讯方式的费用相 同 如果某人预计一个月内使用话费2 0 0 元 则应选择 哪种最合算 总之 新课程标准下的数学教学对教师和学生都提出 了新要求 教师在数学教学中要充分理解新课程的新要 求 新理念 充分激发学生学习兴趣 努力调动学生学习积 极性 激活学生思维 让学生自主探索 合作交流 动手操 作 在实践中获取知识 灵活运用知识解决实际问题 让人 入学到有价值的数学 责任编辑叶怀凡 1 5 1 万方数据 物理模型在物理教学中的应用物理模型在物理教学中的应用 作者 林应国 作者单位 达州市职业高级中学 四川达州 635000 刊名 四川文