高三复习中的物理模型教学法初探

  • 投稿崔磊
  • 更新时间2016-03-17
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  摘 要:物理学科很重要的一个特点就是模型化,物理模型是中学物理知识中最常见的载体,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,更是培养学生创造性思维能力的重要途径。根据高三物理复习的特点,笔者尝试进行物理模型教学,以提高学生解决物理问题的能力。由于物理模型教学应用在高三复习中的研究还比较少,本研究可以拓展物理模型教学法在具体年级教学中的应用,尝试改善高三复习的效果,提高学生解决问题的能力以及培养学生的创造性思维。 
  关键词:物理模型;物理模型教学;高三复习 
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)2-0068-4 
  国外对物理模型教学的研究主要集中在:美国亚利桑那州立大学物理教育家David Hestenes 教授在上世纪八十年代提出的以物理模型教学为中心的教学策略,以提高学生解决物理问题的能力。David Hestenes 教授与其合作者,随后进行了大量的实证研究和课程开发,并且在《American Journal of Physics》上发表了一系列文章,从认知心理、教育学、物理学等各个不同角度对比了传统教学和物理模型教学的优劣,并大力呼吁物理课程改革应该以物理模型的建构为中心。受此影响,美国西部很多高中都推行物理模型教学。David Hestenes 教授认为物理建模过程包括:建立模型、分析模型、验证模型[1]。 
  因此,教师在教学过程中,应该注重指导学生能根据不同的物理情景,确定需要研究的物理量,抓住主要因素,忽略次要因素,建立物理模型。在物理模型教学中,通过学习物理模型的建立及其应用,可使学生逐步认识模型的设计依据,建立模型的方法,从而初步掌握模型方法[2]。 
  高三物理复习教学,从知识、思维能力层次的要求来看,不同于高一、高二的物理复习,从培养创造型人才的目标看,高中物理复习必须注重物理模型的思维训练,为发展学生的创造性思维打下良好的基础。笔者在高三复习的课堂上,尝试以一些高三复习时常见的物理训练题为例,探索高三物理复习中实施模型教学法的有效途径,为今后物理教学中进一步培养学生的创造性思维指明方向。 
  开展物理模型教学,首先必须充分认识高中阶段的物理模型。物理模型本身是一种高度抽象的理想化的心理构造物,尤其在高三复习的过程中经常碰到。笔者查阅相关文献,认为高中物理模型可以大致分为3类: 
  (1)对象模型:指的是用来代替研究对象实体的理想化模型。高中物理中的对象模型主要有以下一些:质点、轻绳、轻杆、轻滑轮、轻弹簧、不可伸长的细线、理想气体、点电荷、检验电荷、匀强电(磁)场等。 
  (2)条件模型:把研究对象所处的外部条件理想化,所建立的模型为条件模型。高中物理主要的条件模型有:光滑表面、恒力、真空等。 
  (3)过程模型:实际的物理过程都是诸多因素作用的结果。忽略次要因素的作用,考虑主要因素引起的变化过程为过程模型。高中物理主要的过程模型有:匀速直线运动、匀变速运动、匀速圆周运动、弹性碰撞、非弹性碰撞、等温、等容、等压变化等。 
  在高三物理的复习课中,大部分学生对于常见的物理情景,已经有了初步的认识,对于上述三类模型中的前两类——对象模型、条件模型,应该说相当熟悉。但是,在过程模型的运用上,还不够熟练。表现在:(1)对于陌生的物理情景,不能有效地通过类比建立起过程模型;(2)对于已经很熟悉的物理过程模型,稍微有点变化,就不能够识别,无法建立起正确的模型,模型迁移能力严重不足。 
  尤其是上述情况(2),出现这类情况的学生有一定的物理基础,但是缺乏阶梯让他们更上一层楼。其实,无论问题情景多么新颖多变,或是与日常生活密切联系的实际问题,都可以归结为学生熟悉的物理模型。在高三物理复习中,应该突出模型的横向联系与延伸,通过模型迁移,提高学生解决问题的能力[3]。笔者下面就力学复习中比较典型的一个过程模型:完全非弹性碰撞模型,进行物理模型教学法的探索。 
  (一)课堂引入:基本模型的理解 
  如图1,质量为m的子弹(可视作质点),水平向右速度为v0,射入光滑水平面上质量为M的静止木块中,子弹射入木块的深度为d后,两者共同运动,速度为v,子弹射入木块时所受的阻力大小恒为f。假设子弹对地位移是s1,木块对地位移为s2。请画出运动的初、末状态示意图,并按如下提示写出上述物理过程的基本规律。 
  ■ 
  图1 基本模型 
  基本规律: 
  动量守恒定律: (1) 
  (参考答案:mv0=(m+M)v) 
  动能定理:子弹 (2) 
  (参考答案:-fs1=■mv2-■mv■■) 
  木块 (3) 
  (参考答案:fs2=■Mv2-0) 
  (2)+(3)得: 。 
  (参考答案:-f(s1-s2)=■(m+M)v2-■mv■■) 
  所以,根据摩擦生热原理,可知产生热量Q: 
  (4) 
  (参考答案:Q=fd=■mv■■-■(m+M)v2) 
  提问: 
  1. 子弹打木块模型有什么重要特征? 
  答: 。 
  2.方程(4)中的d应该如何正确理解? 
  答: 。 
  在上述的教学过程中,主要针对高三力学复习中比较重要的一个碰撞:完全非弹性碰撞来展开。利用模型“子弹打木块”进行教学设计,引导学生强化完全非弹性碰撞的模型特征。   本文由WWw. dYlW.net提供,第一论文网专业代写论文和论文代写以及教育论文发表服务,欢迎光临dYLW.neT
  模型强化时,还应注意以下3点: 
  1.引导学生根据模型特征,判断是否为“子弹打木块”模型(即:学会判断完全非弹性碰撞); 
  2.方程(4)为内能的计算式,由滑动摩擦力f与相对位移d的乘积而来,而求相对位移d的关键是: