增强物理建模意识提高物理教学效果

精品文档-下载后可编辑增强物理建模意识提高物理教学效果思想是客观存在反映在人的意识中经过思维活动而产生的结果。建模思想就是我们在研究客观存在问题的时候,不是直接去处理,而是舍弃次要因素,抓住主要因素,透过问题的表象澄清事物的本质,构建理想化的模型来解决和处理实际问题的一种思维体系的思想。物理建模是物理学家从事物理科学研究过程最常用的基本方法之一,他们在研究客观世界的过程中总是根据自己的知识结构及其新发现构建物理模型,从而对客观世界进行解释并作出预测。著名的教育家吉尔伯特(Gilbert)认为:科学本身是建模的过程,而学习科学是学生学习建模的过程。物理学是研究物理现象及其变化规律的一门自然学科,事物之间复杂的相互联系,一方面反映了必然联系的规律性,同时又存在着许多偶然性,使我们的研究产生了复杂性。为了使研究变为可能和简化,常采取先忽略某些次要因素,把问题理想化的方法。这就是先建立物理模型,然后在一定条件下,用于处理某些实际问题。物理模型是把研究对象抽象成某种理想模型,然后研究理想模型的物理过程并选用正确的物理方法。物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的基础上建立起来的,它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。在物理教学过程中,教师有计划、有目的、有意识地引导学生将建模思想与模型的构建及能力的培养有机地融合在一起,是很有必要的,是一个值得研究的课题。

一、物理建模在教学中有巨大的作用

物理模型是对物理现象本质属性的抽象和纯化,突出反映了它所代表的原型的性质和规律。物理学研究的基本方法是通过观察和实验提出模型假设,再经过实际应用与实验加以检验和修正,从而建立正确的物理模型。学生的对物理学的认知过程,也是在原有的认知结构中不断建立一系列新的“物理模型”,从而进行知识的积累与深化的过程。因此在物理教学中,增强“建模”意识,重视物理模型的教学,既有利于学生掌握物理知识,提高应用知识的能力,也可以引导学生形成科学的学习习惯和方法,提高学生素质。建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。使学生学习这些新知识时容易理解和接受。建立和正确使用物理模型有利于学生将复杂问题简单化、明了化,使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明,突出了事物间的主要矛盾。建立和正确使用物理模型对学生的思维发展、解题能力的提高起着重要的作用。可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易,起到事半功倍的效果。

二、基本模型的建立

基本物理模型是关于物理现象的一般性模型,反映了物理学的基本规律,因此建立好基本模型是物理教学的基础性工作。学生通过观察、思考,在对物理现象的感性认识基础上形成与相应的物理概念、规律相结合从而在认知结构中建立起崭新的物理模型,这是模型认知的一般规律。物理教学中,可利用多种形象、直观的教学手段,充分展示物理现象中的各状态及过程的物理图景,帮助学生认识模型形式及内含的物理规律,这样既能激发学生的兴趣又可有效地降低学生建立模型的难度,提高学习效率。具体方法举例如下:(1)实验法。物理实验是物理模型教学的主要方法。如“自感”的物理模型是比较抽象的,在演示自感现象时,可在电路中串入电流计观察断电自感时的自感电流方向,使学生直观地认识自感电动势的作用,化抽象为形象。(2)实物模型法。借助于一些实物制作的模型,可以直观地反映出与空间方向、位置有关的物理过程,帮助学生想象、理解物理现象的空间模型。如交流电的教学中,利用放大的线圈及磁体实物模型,可直观地再现交流电产生过程中,线圈平面与中性面、磁感线方向的关系,更可仔细观察到线圈两边在转动中切割磁感线的情况,从而对交流电的方向变化、大小变化有形象化的认识,再推导出交流电的瞬时表达式,绘出正弦图象,建立起交流电的模型。(3)投影片重叠法。这一方法是将与某一物理过程相关的各种图形制作成多张投影片,重叠使用,或平移,或叠加、或翻转,从而形象地展示出变化的规律。如将绘有正弦图象的胶片在绘有坐标的胶片上平移,可以直观地反映波形平移的规律。又如在绘有磁体及其周围磁感线的胶片上叠放绘有线圈的胶片,移动或翻转上面的胶片,可以直观地观察出线圈在各种磁场中运动时磁通量的变化,建立磁通量变化的物理模型。(4)软件模拟法。有些动态的物理过程用通常的手段很难展现出来,而利用计算机软件编制教学课件,则可以克服这一困难。如振荡电路中振荡电流的形成学生很难理解,教学中可以利用软件设计一个反映LC回路中电容器充、放电过程的计算机动画,使学生能够直观地认识电磁振荡的产生过程。

三、在教学中利用物理模型的注意事项

在物理教学中使用模型是要有条件的,在使用模型时,必须注意如下问题:一是模型是在一定条件下适用的。建立物理模型,可使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。二是物理模型是在不断完善发展的。随着社会的不断进步,人类对事物的本质的认识也是不断深入和提高的,物理模型也相应地由初级向高级发展并不断完善。事物千差万别,各门学科的研究、学习都有着各自独特的方法.物理课堂教学不能只满足于知识的传授,让学生记住定律,背出公式,会做习题就行了,而应立足于物理思想方法进行物理教学,在课堂教学中进行方法论的渗透,这对学生提高获取知识的能力会大有帮助,使学生终身受益,因此应予以足够的重视。采用物理模型来代替实在的客体,就可以使事物的规律具有比较简单的形式,从而便于人们去认识和掌握它们。建立正确的物理模型可使我们对物理本质的理解更加细致深入,对物理问题的分析更加清晰明了。所以,物理模型在教学领域有着重要的价值。

四、物理模型分析的学法指导

分析物理问题的一般思路应该是:审题确定研究对象分析物理状态、过程建立物理模型应用物理规律求解检验。学生往往忽略了从确定对象到建立模型这一关键的过程,而是直接套用公式造成错误。教学中教师要注重对学生进行思考方法的指导,帮助学生克服思维简单化的毛病。通过实例,引导学生学会在审题、分析物理对象所处的状态、过程的基础上还原其中的物理模型,使学生养成全面、深入地认识问题的习惯。实际问题常