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1、怎样建立物理情景和物理模型甘肃省金昌二中 张培山关键词：个体差异物理情景非智力因素思维能力创新能力在高中阶段的物理学习中,高中学生,特别是高中一年级的新生,反映比较普遍的问题就是:高中物理难学,课堂上教师讲的内容,基本能听懂,但在处理一些物理问题时,感到很茫然,觉得无从下手。究其原因,大多数学生在处理物理问题时,首先是不能建立起相应的物理情景,当然也就谈不上相应的物理模型的建立,最终导致物理问题不能处理或是处理不当。学生在学习中遇到的许多问题,都与对问题的物理情景建立、理解有关,很多困难“难”就难在对物理情景不清楚,因此无法运用物理模型或物理规律解决问题。对教学中的物理概念、物理规律理解不清楚
2、,也与教师没有设立合适的物理情景进行教学有关。可以说,学生学习物理的第一步就是建立物理情景。物理问题都是通过某种物理情景呈现的,这与物理学的研究对象是一些有形客体或理想模型密不可分的,从因果关系看“景”是通过“物”呈现出来,作用于人的感官才能“触景生情”。建立物理情景是建立物理模型的基础,是建立物理模型的一个重要步骤,是不可或缺的。在建立物理情景的过程中,要引导学生从物理问题中获取建立物理情景的重要信息,再对这些信息进行必要的加工整理、去伪存真的同时,引导学生积极思考问题,让学生在积极的思考中体验自己的思维经历,并在自己的脑海中留下这种思维经历的烙印。建立物理情景实际上就是将物理问题恢复还原为
3、一个物理过程,一个物理过程可以是一个单一的物理过程,也可以是一个物理过程中包含有几个小的物理过程。在把握一个物理过程所提供的各种信息的同时,也要把握各个小的物理过程之间的相互联系和相互制约,大多数情况下这种相互联系和相互制约的连接点,就是解决物理问题的切入点。在一个物理过程中,把握住了物理问题中提供的各种信息,以及这些信息之间的相互联系和相互制约的关系,就等于把握住了建立物理模型的要点,就等于为建立物理模型铺平了道路。在建立物理情景的基础上,过渡到物理模型的建立,是培养学生形成物理思维的一种有效的方法,也是培养学生用物理方法解决实际问题能力的一种现实的、有效的、可行的途径。物理情景(包括它的数
4、学表达)是物理问题的高度抽象和概括,是认识主体对客观实际能动反映的一种表现,是认识主体由实践上升为理论的一个过程。物理模型不仅是典型的物理问题,也是对物理基础知识的高度概括和总结。物理模型的首要特点就是它的典型性和代表性。物理模型是从一类物理问题中,突出问题的主要属性,抓住问题的主要本质,去除干扰和次要因素,即抓住事物的主要矛盾,而忽略其次要矛盾。例如,质点的刚体模型。物理模型是集基础知识与基本规律于一体,具有代表性的物理规律的集中体现。物理模型不只是物理知识的结晶,同时也是物理思维的结晶,更是处理物理问题的一种方法,掌握好物理模型的建立,除了加深对物理概念的理解之外,还可以从物理模型的建立,
5、理解物理知识深刻的内涵及外延,体会将物理知识用于解决实际问题的思路和逻辑方法。物理情景不仅能简明扼要地揭示物理规律,还可以体现出物理模型和物理规律在表现形式上的完美与和谐。例如,动量定理和动能定理,前者表现了力在时间上的累积效应,后者表现了力在空间上的累积效应。力的作用效果在时间和空间上的表现是那样的完美与统一;在形式上的表现是那样的对称与和谐。从这种形式中可以体会到物理学美丽的风景,体会它在形式上的完美。物理模型是知识与思维的产物,是物理知识与能力的完美结合,体现物理模型的和谐美,体现科学思维与人文精神相互作用的伟大结果。物理情景与物理模型的建立,可以使抽象的物理知识更贴近于现实实际生活,更
6、贴近学生的生活经验。使学生学习物理知识能有亲切感和现实感,同时丰富物理课程的形式,特别是在新教材引入研究性学习、探索性活动的情况下,如何让学生在较少的课时内,掌握更丰富的物理知识,物理模型的教学不失为一种有效方法。抓住物理情景与物理模型的建立,将最基础、最典型的物理模型、物理问题介绍给学生,并通过建立物理情景和物理模型,将研究方法和处理物理问题的方法展示给学生,引导学生积极思考,感悟物理情景与物理模型的建立在处理物理问题时所发挥的积极、有效的作用。物理模型来源于实践,从实践中形成理论,又反作用于实践。物理模型作为物理基本知识单元,是掌握基本物理知识的基础,也是形成物理综合问题的基础。创新学习,
7、从某种意义上讲,就是打破原有的知识结构,对原有知识结构进行重新组合,重组的过程就是知识迁移的过程。在学习过程中不断发现原有物理模型的缺陷,于是在打破原有知识结构的过程中,建立新的物理模型。一、建立物理情景的意义。 对学生而言，物理情景的建立能够帮助其加深对概念和规律的理解，引发学习的兴趣与动机，激发其求知欲望；也能够培养和开发学生的思维能力，调动学生的非智力因素；同时可以强化学生对物理规律的深层次认识，多途径地寻找到解决问题的方法。所以在教学过程中应逐步引导学生学会建立物理情景。它的建立就像我们在谈话前先要创造谈话氛围一样，这就要求课堂首先是一个良好的“情景”。但实际中，教师举例子时往往用一个
8、物体来描述所要研究的所有对象，导致学生认为一个物体是教师假设的而非真实存在的模糊物体，这个问题分析完了，假设的那个物体也随之消失了。所以我们在举例时应让物体具体化，引导学生在现实生活中找到这样的物体作为我们要研究的对象。如在讲圆周运动中的水流星时，我们可以演示这个实验让学生自己观察、自己分析。这样做的好处有三：首先，学生觉得真实；其次，感知理论与实际结合的魅力；最后，培养学生的创新能力。因此，逐步培养学生建立物理情景的习惯，学生也将会从物理谜团中走到现实生活中来。 二、建立物理情景的方法。 1利用物理实验。由于物理规律的发现和物理理论的建立都以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验，所以物理实
9、验是建立物理情景的重要途径之一。一个物理实验就是一个完整的物理情景。让学生亲眼看一些物理现象、亲手做一些物理实验，然后与理论的学习相互对照、验证，可以加深理解，便于形成正确的物理概念。对于教学中一些难以理解或难以描述的物理情景，通过实验可以让学生一目了然。比如完全失重，可用矿泉水瓶在底部和侧面分别弄些小洞，倒入自来水，都有水流出，再观察矿泉水瓶自由下落时的水流情况，学生通过真实的物理情景了解了完全失重。所以物理实验不但能培养学生建立物理情景的意识，还可将物理知识和研究方法与生活、生产实际联系起来，使学生真正体会物理科学知识与方法在生活实践中的作用。 2利用图片、视频。物理情境还可通过图片、幻灯
10、片、录像、电影、模型等形象化的东西来创设。它的最大特点就是研究对象有准确的图景，可以让学生获得用语言难以代替的丰富的感性材料，使研究对象给学生留下深刻的印象。它还能够把抽象的书本知识与实际事物和现象有机地联系起来，有利于学生形成概念、认识和掌握规律。 3利用多媒体手段。计算机辅助教学也是帮助学生建立物理情景的一种有效途径。它可以把人眼看不到的实验现象进行放大，起到放大的效果。比如利用Flash动画展示原子的结构，可以让学生清楚地看到电子绕着原子核在运动。计算机辅助可以模拟物理实验，使情境时间延迟或加快。如讲天体运动时，我们可以利用计算机让时间过得快些，这样就能让学生看到天体的运动以便于建立正确
11、的物理情景。计算机辅助可以反复演示实验情景，如在做电学实验时，我把电学中的电路故障判断问题用实验的形式展现出来，再利用摄像机把它拍下来，在课堂上利用计算机呈现给学生，可进行重复播放，到复习的时候又可以把它重新调出来进行复习。这样的实验现象展现在学生面前会起到巩固知识的效果。4画物理图示是分析和建立物理情景的关键。图形在人们视觉感知世界的过程中起着重要的作用，从几种新版高中物理教材上也可见一斑。新教材大量借鉴了美国、澳大利亚等国教材优点，图片既有色彩鲜艳的实物照片，又有一些图画、卡通画、漫画，而且图片数量上远远超过了旧版教材中的，这十分贴近高中学生年龄特征，易于激发学生学习兴趣。同时各地高考试卷
12、中也几乎是每道考题都配有图像图表，可见图画在物理学习和考试中占据着非常重要的位置。在解决一个物理问题时，完整的思维过称大致经历两个阶段，首先是整体上阅读审题，定性分析阶段，提取题干中有用的信息，从所给的物理过程、物理情景中建立关于问题的物理模型、物理图像，然后是定量分析阶段，利用相应的物理规律、物理定理、定律解题。很多学生因为形象思维不够突出、平时没有养成画图示的习惯，无法在第一阶段建立正确的图景，不会画图也就不会学习、不会解题。那么在物理解题过程中需要画那些物理图像呢? 1.画研究对象的示意图或模型图，简略的形状图，建立物理情景。研究对象可否画成质点，周围的环境是水平面还是斜面应体图画成平面
13、图等。2.画研究对象的受力示意图，画力的合成或正交分解图示，借助物体的受力情况分析运动情况等等。 总之，教会学生建立物理情景是教学设计的一个重要方面，通过物理情景可以展现物理过程，可以降低物理的理解难度，可以发展学生的思维，可以学会物理学的学习方法。我们在备课过程中，就所教授的内容为学生创设丰富、生动的情景，是学生学好物理的必要前提。从物理情景的建立到物理模型的建立,是学会从实际问题中提炼物理模型的过程,是解决和处理物理问题的常用的、行之有效的方法之一,其在物理教学中所处的地位,可见一斑。物理情景的建立，可以使抽象的物理知识更贴近于实际生活，更贴近学生的生活经验，使学生学习物理知识有一种亲切感和现实感，同时丰富物理课程的形式。特别是在新教材引入研究性学习、探索性活动的情况下，如何让学生在较少的课时内掌握更丰富的物理知识，物理情境的教学不失为一种有效的方法。要抓住物理情景的建立，将最基础、最典型的物理情景、物理问题介绍给学生，并通过建立物理情景，将研究方法和处理物理问题的方法展示给学生，引导学生积极思考，感悟物理情景在处理物理问题时所发挥的积极、有效的作用，从而走出物理谜团。
