課堂教學(xué)方法是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一,如何在課堂中恰當?shù)臉?gòu)建物理模型是教學(xué)中的方法之一。二期課改的試行已經(jīng)兩年,作為第一線的教師,感受頗多,下面我就初步談?wù)勗谡n堂中構(gòu)建模型的一些實踐與思考。
一、什么是模型?為什么要構(gòu)建模型
一般來講,模型是事物或過程的內(nèi)在特性及其相互關(guān)系的簡潔性、仿真性的表述,是眾多事物或過程的典型代表,是抽象思維的形象化顯示,是理論的基本框架。在中學(xué)物理學(xué)習的過程中,我們會碰到許多模型,如:質(zhì)點、單擺、彈簧振子、點光源、點電荷、電場線、磁感線、原子結(jié)構(gòu)模型、鏈式反應(yīng)模型、潮汐模型、日食月食、太陽系模型、銀河系模型、宇宙模型……。
模型不同于實物,它是我們研究問題的一種方法,我們可以用模型解釋某些運動規(guī)律及現(xiàn)象,有時還能根據(jù)模型作出科學(xué)預(yù)言,引入模型可以使抽象思維形象化,使問題簡單。在課堂中我們碰到某個復(fù)雜的知識點,比如原子彈的爆炸,如果不引入鏈式反應(yīng)模型,學(xué)生就很難理解其爆炸的過程,使學(xué)生的發(fā)展受到阻滯!有時我們會碰到這樣的情況:如果我們研究問題時對一些條件不加取舍地考慮,往往無法正確的總結(jié)規(guī)律。比如,在講授彈簧振子時我們采取的方法通常是不考慮摩擦。對于單擺,我們通常使用的是輕繩,忽略空氣的阻力,繩長遠遠的大于小球的直徑,擺角不超過50,否則,單擺振動的規(guī)律我們是無法得出的。
二、如何合理恰當?shù)臉?gòu)建模型
(1)課堂中模型的建立方法及應(yīng)用是很重要的。在教學(xué)的過程中我們可能會碰到這樣的情況,學(xué)生有時考慮問題太復(fù)雜,比如在研究自由落體時,一個小鐵球由靜止下落時其運動的規(guī)律,有的學(xué)生認為小球受到重力和空氣的阻力, 當然這是正確的,但對研究小鐵球運動的規(guī)律是不利的,因此我們在教學(xué)的過程中要使學(xué)生明白什么時候需考慮重力,什么時候不必考慮,只要舉兩個例子讓學(xué)生區(qū)分即可,如圖(1)小鐵球和一根羽毛,使學(xué)生明白只要物體受到的阻力遠遠的小于自身的重力時,阻力可忽略不計,這樣小鐵球只受重力靜止下落,就可以看成自由落體??梢姡v清模型是怎樣建立起來的要比告訴學(xué)生什么是模型重要的多。
(2)啟發(fā)學(xué)生多動腦、動手,大膽地發(fā)揮學(xué)生想象的能力。課堂中模型的建立方法及應(yīng)用是很重要的,有些模型是可以表示的,從生活中建立模型。在講授宇宙的結(jié)構(gòu)時我們會碰到許多模型,比如潮汐現(xiàn)象,有的學(xué)生認為雞蛋和潮汐非常相似,因此我讓他們動手體驗,親自用刀切熟雞蛋,橫切是未發(fā)生潮汐時的模型如圖(2),縱切是發(fā)生潮汐后的模型如圖(3)。在切的過程中許多學(xué)生的觀點不一致,有的同學(xué)認為直接切雞蛋會打滑的,要把雞蛋皮剝掉;有的同學(xué)認為只要用力按住了就可以,把皮剝掉后,雞蛋被拿來拿去,蛋黃容易被擠掉;有的同學(xué)認為,把其中一半蛋皮剝掉,切起來容易;還有的同學(xué)堅持幾種方法都要試一試。在切的過程中,同學(xué)們發(fā)現(xiàn)預(yù)測是正確的,而且怎樣切最恰當也在切的過程中得到驗證。他們把切好的雞蛋小心地進行修整,并給蛋白染成了藍色,把蛋白比作海水。在這個模型建立的過程中學(xué)生不僅對潮汐有了深入得了解,而且給了他們體驗的機會,在一定程度上激發(fā)了他們學(xué)習物理的興趣!
可以用實物表示的模型有很多,有的學(xué)生認為銀河系從側(cè)面看像一個盤子;有的學(xué)生則認為銀河系的四條輪臂像風車如圖(4);有的學(xué)生認為宇宙像葡萄干面包如圖(5),其中的葡萄干就是各種星系;有的學(xué)生認為宇宙就像在發(fā)酵的面團,在膨脹……。
(3)正確激發(fā)學(xué)生的想象能力。有些模型是想象的并不存在,如用電場線描繪電場,可以用細鐵屑進行模擬,但是有一部分學(xué)生對于電場的強弱在理解上存在困難,有的學(xué)生在課堂上提出:用電蚊香進行模擬,離電蚊香近,味道濃一些,離得遠一些就弱,拿電蚊香氣味的強弱與電場的強弱相比有不恰當之處,正確的引導(dǎo)學(xué)生是很關(guān)鍵的,否則學(xué)生會走進一個誤區(qū):不考慮是否合適,拿來就用。當然學(xué)生能夠從身邊的事物出發(fā)尋找一種模型,這種方法是可取的。應(yīng)給予鼓勵!
三、正確認識模型的局限性
任何模型都不是永恒的、絕對的。我們在課堂上建立模型時盡管這些模型起到了一定的作用,但隨著認識的不斷深入,不可避免地暴露出這些模型的缺陷或局限,這些模型會被新的模型所代替。如:原子的結(jié)構(gòu)模型,湯姆孫提出葡萄干蛋糕模型,后來被盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型代替,隨著人類認識的進步,玻爾提出了原子的玻爾模型,進而發(fā)展成為后來的量子化模型……??梢姡鞣N模型都會隨著人類認識的深化而不斷完善或創(chuàng)新,這種變化的思想我們要在授課的過程中漫漫地滲透,逐漸培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。
總之,在物理課堂中構(gòu)建模型是必要的,要合理恰當?shù)囊肽P?,讓學(xué)生掌握構(gòu)建模型的方法。不能生搬硬套,可采用啟發(fā)式灌輸,以提出問題的方式,給學(xué)生思考的空間,在問題中尋找模型,可能會達到意想不到的效果。