信息课堂中物理模型的建构与运用

1、信息课壹中“炀理旗型”的建构与运用【摘要】：最近，新的教学改革推进下，要求高中学生在物理信息课堂学 习过程中建立良好的思维方式和学习方式，从而造成学习上的一 定能力。本文从“物理模型”的建构与应用为切入口提出必须注 重培养学生深入挖掘物理本质、化书面语言为口头语言并自塑模 型的能力；提高学生“物理模型”的接受和存储能力；培养学生 “模型”迁移能力；创设物理情境运用“模型”合理联想的能力， 从而培养学生良好的物理思维，适应当今的研究性学习。随着教 育的改革、观念的提升和升学率的提高，在特定社会环境下产生 的学校教育的较强的选拔功能正在受到极大的挑战。因此，为考 试而确立的传统的教育模式正逐渐被新

2、的以学生为主体、强调学 生学习的主动性、关注学生综合素质的突出学习的研究性行为的 教学模式所替代。高小物理新教材教学大纲教学口的：使学生受到科学方法的训练，培养学 生的观察和实验能力，培养学生学习科学的志趣。为此目的我们教师在面对初 入高中的学生更应审时度势注重学生的学习方法及能力的培养。同时，新教材 的课时减少了，和对教学要求却提高了，物理信息课堂中不能一步到位达到要 求，也不能面面俱到，这无疑对学生的学习提岀了更高的要求。学生在具休的 学习过程小不能将初小阶段行z有效的学习方法完全地迁移到高小物理学习小 来，以至于不能够完全适应高中的学习，甚至造成学习方法和心理上的种种障 碍。本文就高中物

3、理信息课堂中物理模型的建构和运用作一些讨论。一. 童视培养学生深入挖掘物理本质、化书面语言为口头语言并自 塑模型所谓模型就是记忆重现。就是主体碰到问题时在头脑屮重现以往的有系统 的知识结构和典型例题。教师在指导物理规律的掌握上，要帮助学生明确运用任何一个物理规律的 基本思路都应从规律本身中寻找，并帮助学生用自己的语言理清规律的思路。学生在碰到一个全新的物理问题时不能及时顿悟，一般都靠直觉。由于直 觉思维无严格逻辑依据，没有固定的推理过程，是突发的，因此，不少人往往 很难做到，然而现代思维科学认为:直觉思维作为一种心理现象，必有其自身的 规律，以物理学科中的物理直觉思维的产生为例，当主体在遇到某

4、一物理问题 吋，就往往耍运用形象直感敏锐地分析、比较综合，迅速找出与之相联系的知 识组块，由知识组块对问题作出迅速、整体的判断，得到解决问题的途径与方 法。所以物理模型的建立就显得尤为重要。“物理模型”产生如下图所示：物理概念 物理规律 物理基木方法物理实际问题a 物理模型由此可见，从本质上讲，“物理模型”是一种认识的突变，其机理是许多 知识因素与思维活动能量积累到一定程度时迅速结合而形成的认识上的飞跃。例如，对动能定理的应用，首先理解它的物理意义，研究对象所受力的合 功等于物体动能的增量。再引导学生剖析该定理所包含的因果关系，使学生明 确要运用好动能定理就应该弄清楚“合功”与“动能的增量”的

5、关系，而要求 “合功”，首先要明确对彖的受力情况，则必然要进行受力分析；要求“动能的 增量”，当然要知道初、末状态的动能(或速度)，就应该进行初、末状态的运 动情况分析。可见，运用动能定理的基本思路是：(1)选择研究对象；(2)iffli 出对象运动的情景图；(3)画出对象的受力图；(4)根据动能定理列方程，统 一单位后求解。例：一质量为m的小球，用长为l的轻绳挂于0点，小球在水平拉力f的作用下，从平衡位置中很缓慢地移开一个角度(x,如图所示，则力f所做的功 为()a> 飓/cos ci分析：求功可以三种方法，(1) w二f. seos ci(2) w二pt. (3) f. s=aek.

6、这个 问题如果用第一种方法做就比较难解，因为f是一个变力，而且s也很难求得, 第二种方法根本不可能，故最好用第三种方法。确定小球是研究对象，小球受 重力、绳的拉力t和拉力f,而t不做功，且小球的动能变化为零，贝山wt-mgl (1 -cos a ) =0。贝ljw刊gl (1-cosa ) g故正确答案是b。二、提离学生在学习过程中“物理棋型”的接受和存储能力在教学屮强化学生的模型意识，捉高模型的联想能力和迁移能力是罪常关 键的。平时我们认为的“某学生学的比较活”，实际上指这个学生具有一定的分 析问题的能力与类比能力，亦即具冇跳跃思维的本领。在考虑问题时，善于在 不同的知识面上进行跳跃性思维，

7、从而找到解题的捷径。显然积累一定数量的 “物理模型”(包括相关的典型题)是具备跳跃能力的根本保证。事实上，考试 屮只具备分析问题的能力是远远不够的，如果每个问题都按步就班去分析一番, 那么时间还够吗？只有帮助学生掌握一些基本的典型的“物理模型”，考试吋才会在头脑中 不断冋忆，有敏捷的反应速度，很快就可以按原先设定的思路深入下去，考试 时真正做到思如泉涌，成竹在胸。例如，在动量守恒和机械能守恒综合应用题的解题屮，可以建立一个子弹打木块的“模型”，统一起动量守恒，机械能守恒的思想。v0 m由打击过程中动量守咂mv0= （m+m） vi |vi=mv0/ （m+m）子弹动能的损失：m vo/2m v

8、i /2=f （s+d）木块动能的增加：mvf/2=f. s系统机械能的损失：m vo/2m vf /2mvf /2=f. d平时解题的过程小做到（1）抓住模型的结构特点，合理联想，活跃解题思路，可以使题 目化繁为简，变难为易。（2）挖掘模型中隐含的和关知识，把握特征，强化应变能力。（3）紧扣模型的物理本质，抓住关键，活化知识结构。（4）建构合理的知识体系，巧用在类比，触发顿悟性联想。例如：在习题练习中，首先要让学生搞清问题，建立问题的物理图景，构成“物 理模型”，“突岀实质，显示关键”，就会对解题的要领、途径，其至结论进行 快速止确的直觉判断。例1在光滑的水平面上静止放着一辆质量为n）2的小

9、车，车上有光滑的弧 形轨道，质量为u的铁球以速度£沿水平轨道部分射入，并沿着弧形轨道下降 脱离小车，若m产fib,则铁球脱离小车后作何运动？分析：铁球射入弧形轨道后与小车发生相互作用，如把铁球和小车视为一 系统，由于水平面无外力作用，水平方向动量守恒，乂由于弧形轨道光滑，铁 球与小车相互作用屮机械能守恒，根据铁球与小车相互作用的特点，把它类比于两弹性小球相碰速度 交换的问题模型，由此科学直觉小球作自由落体 的结论。从上面例题可以看出，将物理一般问题转化为典型物理问题或理想模型后，通过观察、想象、mi vimo卜厶联想、类比、等效等方法，通过平时的多次训练，ao o提高了学生深入洞察物

10、理本质和对物理问题的感悟力和敏感性，就会形成一种创造性技能。当学生面临新的物理问题时，就能自觉应用这类方法，唤起相关 知识的记忆和联想，产生肓觉迅速解题。三. 注重培养学生“棋型"迁移能力迁移泛指一种学习对另一种学习的影响，可表现在知识学习和技能的形成 方面，也可表现在学习的方法、态度方面。“物理模型”的建立就是为以后的合 理迁移而准备。迁移能力当然有正迁移和负迁移，负迁移对学习的阻碍是比较大的，我们 应该注重正迁移。有针对性迁移练习量越大，越有可能产生正迁移；对学习者 的指导越多，迁移的效果越大，因此，要打破思维定势，培养学生的迁移能力,上教师通过分析得出如图速度分解的正解：小船在

11、水平上移动，其速度必然是 水平方向，小船被绳牵引，两者不脱节，小船在绳方向分速度必然等于绳的速度,这样"cos0,v"（）/cos0。通过本题的教学，打破了学生的思维定 势，这并不意味着迁移会自动发生。因此，教师可布置另外一道题口。例2 一辆车通过定滑轮的绳pq提升井中质量为m的物体，如图绳的p端 拴在车后的挂钩上，q拴在物体上，开始时车在a点，左右两侧的绳都已绷紧 并且是竖直的，左侧绳子长为h,提升时，车加速向左运动，沿水平方向从a 经过b驶向c,设a到b的距离也为h,车过b点时速度为vb,求在车由a移 到b的过程中，绳q端的拉力对物体做的功。h解： 设午到达 b时，左

12、侧绳子和 水平方向 的夹角为 0 ,物体 从井底上 升的高度为h,速度为人在车由a移到b的过程屮，绳子拉力对物体做正功,w - mgh 设为w,重力对物体做负功，根据动能定理(1)=%cos&(2)木题的关键在于求出小车在b点吋的速度，让学生比较一下木题和前题的 异同，通过引导学生分析可知，vb可看作是沿绳子轴向速度，"和垂直于绳 子的速度"的合速度，因为绳子绷紧且总长不变，所以h 并冇u =将（2）、（3）式代入（1）式并考虑 4，可得w =-mv2b +mgh(42-)4本题求速度v实质上与前题相同，但是也有不同之处，这表现在：前题是 已知绳子的速度（分速度）耍

13、求船的速度（合速度），而后题是已知小车的前进 速度（合速度）而要求拉绳的速度（分速度），如果学生在理解了前题后能解出 后题，说明迁移初步发生。由于迁移能力的培养是一个复杂而艰巨的任务，就该题而言，不能认为经 教师讲解然后由学生自己练习迁移能力就形成了，必须进行必要的反馈训练。由艾宾浩斯的遗忘曲线可知，遗忘的进程在刚熟记z后特别快，以后便缓 慢下来，所以，教师可有意间隔一段时间，然后在稍后的一个月左右给出如下一个题目。例3如图，将细绳绕过两定滑轮a和b,绳的两端 各挂一个重山的袪码，a、b的中点挂重希加的小球，a、 b间的距离为2l,求小球在平衡位置时的速度。如果学生正确解答了此题，说明这部分学

14、生在该问题上迁移已经发生；反 之，则说明迁移还未发生，需要对他们再一次讲解，引导他们冋忆例1和例2, 帮助他们进行迁移，以达到反复强化和反馈的目的。物理学不仅通过物理定律、定理、原理、准则深刻揭示物理世界形形色色和五彩缤纷的物理世界，物理事实物理过程的客观规律，述可以通过一些重要 的物理常数来表达物理世界屮某些固有属性，以及物理观象z间的相互关系。 储存理解掌握一些重要的物理常数，创设相应的物理情境进行合理的联想，不 仅可以加深对物理观象，规律的理解和运用，还可以提高解答物理问题的能力。例4、空气在地球周围形成一个大气层，而不扩散到宇宙中去，就在于受 到地球的引力作用，即大气层有重力，大气的重

15、力作用在地球表面上形成了大 气压强（微观本质并非如此），据此可知地球大气层的总重力就是地球整体表面 受到的大气压力，即g=p0xso运用地球半径r=6.4x106m，地球表面大气压强 p=l. ox 105pa 求 g?由这两个常数可知；g=4r2po=4x3. 14x （6. 4x106） 2x1x1o5 n=5x1019no对于某些物理估算题，如果仅依赖于原题所述情景来估算时就不容易，有 时甚至无法估算，若能针对题述情景，再重新创设一个全新的情景，使原题隐 含的物理现象，物理过程清晰地展现出来，再根据创设的新情景去寻找有关物 理量的关系，这样往往使原题的难点立即得到化解，或使问题的解答变得更明 了，更加容易。【结束语】：综上所述，笔者仅从教师教学中培养“模型”的建构和运用能 力作一讨论。当然学生能力的培养