刊名: 教育研究
Educational
Research
主办: 中国教育科学研究院
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 16开
ISSN: 1002-5731
CN: 11-1281/G4
邮发代号:
2-277
投稿邮箱:jyyj79@126.com
历史沿革:
现用刊名:教育研究
创刊时间:1979
该刊被以下数据库收录:
中国人文社会科学引文数据库(CHSSCD—2004)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
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高中物理学习中如何构建物理模型
【作者】 莫祯文
【机构】 贵州省兴义市第九中学
【摘要】【关键词】
【正文】 物理模型,是一种理想化的物理形态、指物理对象,也可以指物理过程,或是运动形式等。它是物理知识的一种直观表现。从本质上讲,物理过程的分析和解答,就是探究、构建物理模型的过程,我们通常所要求的解题时应“明确物理过程”、“在头脑中建立一幅清晰的物理图景”,其实就是指要正确地构建物理模型。物理学科的研究对象是自然界物质的结构和最普遍的运动形式,对于那些纷繁复杂事物的研究,首先需要抓住其主要的特征,而舍去那些次要的因素,形成一种经过抽象概括了的理想化的“模型”,这种以模型概括复杂事物的方法,是对复杂事物的合理的简化。而物理模型是同类通性问题的本质体现和核心归整。
??在高中物理的教学中,根据教材特点,高中物理的模型大致可以分为三类,即实物模型、过程模型、试题模型。物理模型从哪里来呢?通过动手探究,亲身体验物理情景过程,认识物理规律,最终描述过程,即是最终都要写在纸上和画在纸上,这就要求我们能够把物理模型用简单的几何图形、函数图像来表现出来,所以在科学探究中最终要让学生有效建构他们所熟悉的物理模型。
如何在物理教学中提高学生建构物理模型的能力呢?在高中物理的教学实践中,我认为主要有两个关键点。
其一,要求学生务必在理论上认识清楚模型的重要。我们必须明确学生思维发展不同阶段的特点和规律。根据中学物理学科特点,可知学生必须从认识事物的思维方式上进行跨越式的改变,从生活直观现象定性了解,掌握定量抽象的物理规律探究上去改变对身边事物理性的更深层的认识。学生的思维方式,也要从单一直观现象的认识,发展到多维空间想象,形成抽象思维。
如何让学生顺利地实现转变,从直观现象定性思考问题到多维空间想象定量探究物理规律,更有效地建构物理模型呢?在科学探究中,精心设计过程和图形化有效训练来实现和发展抽象思维,其中关键在于注重应用图形教学建构物理模型,把物理问题由抽象到形象,使物理过程具体化、形象化,更加直观、有序,图形化有助于抽象思维的形成。在科学探究中注重培养学生的通过画图分析建构物理模型,形成抽象思维能力。从点——质点、点电荷,到线——运动轨迹、函数规律,到面——平面坐标,到体——物体三维立体空间,有序认识物理问题,形成科学的物理模型从而掌握自然规律。学生分析物理过程时的“难以理解”,主要是对物理过程的“难以想象”造成的,学生需要具备较高的抽象思维能力,我们要努力创造条件,通过建立图象能够直观形象地把问题展现出来,把难以想象的情景运用数学图象展现出来。在探究一个物体的运动规律时,通过画物体受力图、运动状态图以及运动学规律图象,整个物理过程情景就能够象电影中的“慢动作”一样清晰有序地展现在学生眼前,所求解的问题自然就迎刃而解了。
其二,要引导学生在实际中操作体会模型。在平时物理教学中主动地、有意地、科学地、规范地用图形来展现物理过程情景,让学生从一开始学习物理就养成画图分析的习惯。先从单一图象形成建立简单的物理模型入手,由质点模型的建立(拓展到点电荷)理解数学几何工具的作用,到引入矢量图形(一维线性、二维平面),矢量合成图形以及分析画图过程,让学生体会到画图分析是第一重要的。特别是在力的合成、分解中,不再只是一种简单的“1+1=2”的标量计算法则,而是从一维线性简单的加减关系发展到二维平面、三维立体空间的矢量运算(平行四边形定则)。学生能否正确理解和分析力的矢量性,将会直接影响到许多有关矢量(如位移、速度、加速度、冲量、动量)问题的解决。在探究过程中把矢量问题通过直观、形象的图形来描述,并且通过图形转化反应其变化规律,应用几何图形中的边角关系,判断矢量变化关系,从而培养学生画图分析的能力和技巧等等。对力矢量的合成分解平行四边形法则的理解,是高中学生从一维线性思考问题转变为多维的空间分析思考问题的关键。
在科学探究中如何利用简单的几何图形、函数图像有效建构物理模型呢?
第一、在实践中进行科学探究建构,物理来自生活,物理模型建立少不了生活实践。在打乒乓球、篮球中认识建构质点模型;在与伙伴们扔石头比赛中建构抛体运动模型;在观看精彩的杂技“水流星”表演以及坐“过山车”的惊险中体会建构圆周运动模型。让学生主动去体验、经历过程,能最有效地使新知识与学生原有经验相互作用,进行“同化”和“顺应”,从而有效建构物理模型。
第二、在实验中进行科学探究建构,物理来自生活,又是生活的抽象,在实验室中精心设计实验,进行科学探究是实践上升为理论的关键。从科学探究要素构成看,科学探究似乎就是实验探究,但这并不是一回事。实验探究只是科学探究的一个组成部分,理论分析同样是科学探究。结合不同版本教材来看,“课题研究”、“分析论证”、“课外活动”、“信息浏览”、“讨论与交流”、“STS”等栏目同样是科学探究的有机组成部分。只有这样综合探究才能更有效地建构物理模型。
第三、在练习中进行科学探究建构,理论指导实践,在各种练习探究中建构物理模型。虽然是“纸上谈兵”,但是对物理模型的建立应用是关键。我们从点-线-面-体认识,由简单到复杂建构不同的物理模型,如质点,点电荷,直线运动,曲线运动,电磁学中运动综合等,再应用到练习中的复杂情境,由题设中条件分析归纳应用,进而从体-面-线-点简单化、理想化解决实际问题。
第四、充分应用数学工具,有效建构物理模型。通过对物理规律进行数学推导,训练学生的抽象思维,能够培养学生探究过程中深思熟虑的意志品质。在物理学习中,高中学生的思维更有高度的抽象概括性,能够用理论作指导,运用辨证思维来分析,综合各种事实材料,从而不断扩大自己的知识。物理离不开数学,物理规律需要用数学来表达,学生经历数学推导后,抽象思维得到了训练,对物理规律有了更加深入的定量的认识。如:直角坐标系中的一次函数图象Y-X对物理规律的描述,是物理学中应用的重点,应用到S-t、V-t、F-t、i-t、E-t、B-t图像等等。在运动学、力学、电磁学中随处可见,充分体现函数图象在物理规律中的利用;利用二次函数图象抛物线规律来探究抛体运动;圆、椭圆、抛物线等几何图形展现出物体的不同运动情景等等。让学生体会到数学理论源自与生活中的物理规律,让数学理论有了生命的气息,更生动,更生活化,学起来也有兴趣了。所以用好数学工具是十分重要的。
最后,在综合中应用。充分应用图形组合几何关系来表现复杂的物理过程,使各学科之间知识相辅相成。分析图形组合关系,对于探究物理规律是第一重要的,也是解决综合难题的入手点。使学生充分了解到通过组合图形建立合理的理想化的物理模型,对学习和探究物理问题的重要性,可以提高他们学习这种思维方法的主动性,并能够自觉地与数学模型相结合,与不同学科知识进行科学的对比、更有效地探究学习物理规律,从而提高科学探究的实效性。
??在高中物理的教学中,根据教材特点,高中物理的模型大致可以分为三类,即实物模型、过程模型、试题模型。物理模型从哪里来呢?通过动手探究,亲身体验物理情景过程,认识物理规律,最终描述过程,即是最终都要写在纸上和画在纸上,这就要求我们能够把物理模型用简单的几何图形、函数图像来表现出来,所以在科学探究中最终要让学生有效建构他们所熟悉的物理模型。
如何在物理教学中提高学生建构物理模型的能力呢?在高中物理的教学实践中,我认为主要有两个关键点。
其一,要求学生务必在理论上认识清楚模型的重要。我们必须明确学生思维发展不同阶段的特点和规律。根据中学物理学科特点,可知学生必须从认识事物的思维方式上进行跨越式的改变,从生活直观现象定性了解,掌握定量抽象的物理规律探究上去改变对身边事物理性的更深层的认识。学生的思维方式,也要从单一直观现象的认识,发展到多维空间想象,形成抽象思维。
如何让学生顺利地实现转变,从直观现象定性思考问题到多维空间想象定量探究物理规律,更有效地建构物理模型呢?在科学探究中,精心设计过程和图形化有效训练来实现和发展抽象思维,其中关键在于注重应用图形教学建构物理模型,把物理问题由抽象到形象,使物理过程具体化、形象化,更加直观、有序,图形化有助于抽象思维的形成。在科学探究中注重培养学生的通过画图分析建构物理模型,形成抽象思维能力。从点——质点、点电荷,到线——运动轨迹、函数规律,到面——平面坐标,到体——物体三维立体空间,有序认识物理问题,形成科学的物理模型从而掌握自然规律。学生分析物理过程时的“难以理解”,主要是对物理过程的“难以想象”造成的,学生需要具备较高的抽象思维能力,我们要努力创造条件,通过建立图象能够直观形象地把问题展现出来,把难以想象的情景运用数学图象展现出来。在探究一个物体的运动规律时,通过画物体受力图、运动状态图以及运动学规律图象,整个物理过程情景就能够象电影中的“慢动作”一样清晰有序地展现在学生眼前,所求解的问题自然就迎刃而解了。
其二,要引导学生在实际中操作体会模型。在平时物理教学中主动地、有意地、科学地、规范地用图形来展现物理过程情景,让学生从一开始学习物理就养成画图分析的习惯。先从单一图象形成建立简单的物理模型入手,由质点模型的建立(拓展到点电荷)理解数学几何工具的作用,到引入矢量图形(一维线性、二维平面),矢量合成图形以及分析画图过程,让学生体会到画图分析是第一重要的。特别是在力的合成、分解中,不再只是一种简单的“1+1=2”的标量计算法则,而是从一维线性简单的加减关系发展到二维平面、三维立体空间的矢量运算(平行四边形定则)。学生能否正确理解和分析力的矢量性,将会直接影响到许多有关矢量(如位移、速度、加速度、冲量、动量)问题的解决。在探究过程中把矢量问题通过直观、形象的图形来描述,并且通过图形转化反应其变化规律,应用几何图形中的边角关系,判断矢量变化关系,从而培养学生画图分析的能力和技巧等等。对力矢量的合成分解平行四边形法则的理解,是高中学生从一维线性思考问题转变为多维的空间分析思考问题的关键。
在科学探究中如何利用简单的几何图形、函数图像有效建构物理模型呢?
第一、在实践中进行科学探究建构,物理来自生活,物理模型建立少不了生活实践。在打乒乓球、篮球中认识建构质点模型;在与伙伴们扔石头比赛中建构抛体运动模型;在观看精彩的杂技“水流星”表演以及坐“过山车”的惊险中体会建构圆周运动模型。让学生主动去体验、经历过程,能最有效地使新知识与学生原有经验相互作用,进行“同化”和“顺应”,从而有效建构物理模型。
第二、在实验中进行科学探究建构,物理来自生活,又是生活的抽象,在实验室中精心设计实验,进行科学探究是实践上升为理论的关键。从科学探究要素构成看,科学探究似乎就是实验探究,但这并不是一回事。实验探究只是科学探究的一个组成部分,理论分析同样是科学探究。结合不同版本教材来看,“课题研究”、“分析论证”、“课外活动”、“信息浏览”、“讨论与交流”、“STS”等栏目同样是科学探究的有机组成部分。只有这样综合探究才能更有效地建构物理模型。
第三、在练习中进行科学探究建构,理论指导实践,在各种练习探究中建构物理模型。虽然是“纸上谈兵”,但是对物理模型的建立应用是关键。我们从点-线-面-体认识,由简单到复杂建构不同的物理模型,如质点,点电荷,直线运动,曲线运动,电磁学中运动综合等,再应用到练习中的复杂情境,由题设中条件分析归纳应用,进而从体-面-线-点简单化、理想化解决实际问题。
第四、充分应用数学工具,有效建构物理模型。通过对物理规律进行数学推导,训练学生的抽象思维,能够培养学生探究过程中深思熟虑的意志品质。在物理学习中,高中学生的思维更有高度的抽象概括性,能够用理论作指导,运用辨证思维来分析,综合各种事实材料,从而不断扩大自己的知识。物理离不开数学,物理规律需要用数学来表达,学生经历数学推导后,抽象思维得到了训练,对物理规律有了更加深入的定量的认识。如:直角坐标系中的一次函数图象Y-X对物理规律的描述,是物理学中应用的重点,应用到S-t、V-t、F-t、i-t、E-t、B-t图像等等。在运动学、力学、电磁学中随处可见,充分体现函数图象在物理规律中的利用;利用二次函数图象抛物线规律来探究抛体运动;圆、椭圆、抛物线等几何图形展现出物体的不同运动情景等等。让学生体会到数学理论源自与生活中的物理规律,让数学理论有了生命的气息,更生动,更生活化,学起来也有兴趣了。所以用好数学工具是十分重要的。
最后,在综合中应用。充分应用图形组合几何关系来表现复杂的物理过程,使各学科之间知识相辅相成。分析图形组合关系,对于探究物理规律是第一重要的,也是解决综合难题的入手点。使学生充分了解到通过组合图形建立合理的理想化的物理模型,对学习和探究物理问题的重要性,可以提高他们学习这种思维方法的主动性,并能够自觉地与数学模型相结合,与不同学科知识进行科学的对比、更有效地探究学习物理规律,从而提高科学探究的实效性。