江秀梅 劉大明

摘 要物理模型是物理學(xué)中常用的科學(xué)方法，能使復(fù)雜事物簡單化、純粹化，有利于真理的探索與發(fā)現(xiàn)。在實(shí)際教學(xué)中，提高物理模型的顯性化水平，組織訓(xùn)練物理模型法，可促進(jìn)自主構(gòu)建物理模型去解釋事物、理解知識、解決問題。對于某些難點(diǎn)知識，還可以循序漸進(jìn)地層層構(gòu)建模型，即“多方建模”，使難點(diǎn)知識得到突破。本文以閉合電路教學(xué)為例，初步探討了多方建?；庵R難點(diǎn)的方法。

關(guān)鍵詞物理模型 多方建模 閉合電路

新課標(biāo)教材理念有意打破學(xué)科內(nèi)過于嚴(yán)苛的系統(tǒng)性（全日制教材的特點(diǎn)），于知識中滲透科學(xué)方法教育。但這并不是否定學(xué)科系統(tǒng)性，而是希望教學(xué)中不拘泥于此，以防創(chuàng)造性、創(chuàng)新性思維的削弱，是響應(yīng)“減負(fù)”的號召，把過于抽象的科學(xué)方法有意“隱去”，目的是希望師生不拘泥于科學(xué)方法的文本介紹和理解，但絕不否定對基本科學(xué)方法的意會。

筆者關(guān)注科學(xué)方法在教學(xué)中的運(yùn)用研究，注意到不少教師已經(jīng)在這方面有一些成果，指出科學(xué)方法教育應(yīng)該將隱性滲透與顯性提升相結(jié)合。相比而言，科學(xué)方法的顯性化的呼聲越來越強(qiáng)烈，陳運(yùn)保、馬亞強(qiáng)在文本分析基礎(chǔ)上提出了顯性化水平概念，對各種科學(xué)方法在高中教材中顯性化水平做出層次化研究[1]。法國科學(xué)方法論學(xué)者阿雷說：“科學(xué)的基本活動就是探索和制定模型”?？梢娎硐牖Ｐ褪窍喈?dāng)重要的科學(xué)方法之一，在高中教材中顯性化水平位居前列。本文就物理模型在高中物理教學(xué)中運(yùn)用現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，以閉合電路教學(xué)實(shí)例探索化解知識難點(diǎn)的有效方法——“多方建?！狈?。

一、建模思想運(yùn)用于高中物理教學(xué)中的現(xiàn)狀分析

所謂科學(xué)方法顯性化是在建立物理知識中，標(biāo)示所使用的科學(xué)方法、對科學(xué)方法的內(nèi)涵進(jìn)行闡述、組織和訓(xùn)練科學(xué)方法，即更加明確地、顯性地進(jìn)行科學(xué)方法教育，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)方法。那么物理模型在高中物理教學(xué)中運(yùn)用情況如何，顯性化水平又怎樣呢？

1.物理模型在高中物理教材中的顯性化水平

根據(jù)文獻(xiàn)[1]統(tǒng)計，在高中物理教材中滲透物理模型方法的次數(shù)為18次，標(biāo)示2次，講解1次，組織使用4次，顯性化水平位居前列。從高中物理教材而言，物理模型法是最先呈現(xiàn)的科學(xué)方法，必修一第一章第1節(jié)講解質(zhì)點(diǎn)時，就明確了物理模型方法的名稱、內(nèi)涵與外延，以“物體是否可以看做質(zhì)點(diǎn)”進(jìn)行實(shí)例講解和習(xí)題訓(xùn)練；在講解庫侖定律時，顯性化指出點(diǎn)電荷也是一種理想化的物理模型。

物理模型有三類，分別是對象模型、條件模型和過程模型。教材僅僅在對象模型上進(jìn)行顯性化呈現(xiàn)，而條件模型和過程模型都是隱性滲透。例如在微觀粒子不計重力中，通過例題分別計算氫原子的質(zhì)子與電子之間的萬有引力、庫侖力大小，通過比較顯示微觀粒子為什么可以忽略重力（人教版選修3-1第一章第2節(jié)），這實(shí)際上就是條件模型的隱性滲透；勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、自由落體運(yùn)動、平拋運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動等等，實(shí)際上都是理想化的過程模型，新課標(biāo)教材幾乎沒有對它們進(jìn)行嚴(yán)格定義，這是過程模型的隱性滲透。

2.物理模型法在實(shí)際教學(xué)中的顯性化水平

物理教師都知道什么是物理模型，但是，大多數(shù)教師卻僅僅在講解質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷兩個知識點(diǎn)時提到，很少有教師在認(rèn)識、理解、運(yùn)用物理概念和物理規(guī)律上給予科學(xué)方法的點(diǎn)撥。也就是說，除了質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷兩概念教學(xué)之外，幾乎不會提及物理模型科學(xué)方法，更不會組織使用物理模型來理解有關(guān)概念、規(guī)律或結(jié)論，即師生是在不知不覺地情況下運(yùn)用了物理模型科學(xué)方法。

舉一個例子說明師生對物理模型法的理解水平：微觀粒子為什么可以忽略重力卻不能忽略質(zhì)量？不少學(xué)生被問倒，有些物理教師的回答也顯得邏輯混亂。而嚴(yán)密的邏輯分析是：在研究微觀粒子的動力學(xué)問題時，從受力這個角度而言，重力相比于電場力對問題的影響很小，可以忽略；根據(jù)牛頓第二定律，若忽略了質(zhì)量，這里的動力學(xué)問題就是一個無解問題，即忽略重力對問題的影響不大，忽略質(zhì)量對問題的影響很大。

原物是否可以理解為某種模型，首先要明確研究問題，其次是分析原物某一屬性是否對該問題有影響或影響多大，結(jié)論是無影響或影響很小，則這一屬性可忽略不計。之所以師生對物理模型法的理解水平不高，原因是平時缺乏有意識地訓(xùn)練。

3.學(xué)生對物理模型的認(rèn)識水平

學(xué)生對物理模型的認(rèn)識僅僅停留在死記硬背層面，教材或教師說了質(zhì)點(diǎn)和點(diǎn)電荷是理想化的物理模型，所以它們是理想化的物理模型；教師說了輕繩等質(zhì)量可以忽略，所以質(zhì)量可以忽略。

學(xué)生根本沒有理解到，物理模型作為一種科學(xué)方法、一種思維方法，它最重要的功能是幫助我們解釋事物、認(rèn)識世界和改造世界。就學(xué)科知識而言，它的價值是幫助我們認(rèn)識概念、理解規(guī)律；就問題解決而言，它的意義是幫助我們把復(fù)雜問題簡單化，忽略次要因素，突出主要因素，使問題得到有效解決。

二、建模思想在實(shí)際教學(xué)中的實(shí)施策略

1.消除認(rèn)識誤區(qū)，提升對物理模型的認(rèn)識

不少學(xué)生對物理模型的認(rèn)識存在誤區(qū)，他們認(rèn)為：物理模型是一種簡化的、純粹化的、理想化的東西，不是事物本身，所以它是不切實(shí)際的、遠(yuǎn)離真實(shí)的、沒有多大意義的東西。實(shí)則不然，物理模型確實(shí)是失去了部分真實(shí)，但卻更易接近真理。

例如一塊金屬導(dǎo)體有很多特征屬性，大小、形狀、體積、質(zhì)量、溫度、可以導(dǎo)電和導(dǎo)熱等等，只有選擇關(guān)注體積、質(zhì)量兩個屬性，而忽略其他屬性，才能得出密度這一固有屬性；選擇了溫度、導(dǎo)熱屬性，才能得出比熱容固有屬性；關(guān)注導(dǎo)電時的電流、電壓，才能得出電阻固有屬性及發(fā)現(xiàn)歐姆定律；進(jìn)一步關(guān)注電阻、長度、橫截面積等屬性，才能得出電阻率固有屬性及發(fā)現(xiàn)電阻定律。這個例子很好地說明了只有在突出某些主要因素的同時忽略某些次要因素，才能更容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律、認(rèn)識事物。

2.在實(shí)際教學(xué)中，提升對物理模型的顯性化水平

（1）在講授新知識時，明確科學(xué)方法

科學(xué)的基本活動就是探索和制定模型，諸如研究對象質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、桿杠、微觀粒子、電容器、電阻器、電源、用電器、變壓器、傳感器等；研究過程勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、自由落體運(yùn)動、平拋運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動、動態(tài)平衡等都是理性化的物理模型。在講授這些知識時，明確告知學(xué)生忽略了什么、突出了什么，如此處理解決了什么問題，不這樣處理問題解決情況又將如何。

（2）在講授抽象難懂的知識時，引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型

高中物理中有很多現(xiàn)象難以理解，只有建立物理模型后才能融會貫通。例如靜電感應(yīng)現(xiàn)象、靜電平衡現(xiàn)象、法拉第圓筒現(xiàn)象、尖端放電現(xiàn)象、電流熱效應(yīng)等現(xiàn)象很難理解，只有建立金屬導(dǎo)體模型后，才有柳暗花明、茅塞頓開之感。

引導(dǎo)學(xué)生建模時，告訴學(xué)生不能僵化古板，避免教條主義，因?yàn)榻?gòu)的物理模型沒有對錯之分，關(guān)鍵看能否解釋物理現(xiàn)象、解釋多少物理現(xiàn)象。物理模型的建構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)是：模型越簡單越好，越易擴(kuò)展越好。模型越簡單，附加具體條件，才能解釋更多現(xiàn)象，即擴(kuò)展性越強(qiáng)。

（3）在習(xí)題講評中，運(yùn)用物理模型

輕繩、輕桿、輕彈簧、自由桿、固定桿等都是習(xí)題中常見的對象模型，在習(xí)題講評中，應(yīng)深入淺出地引導(dǎo)學(xué)生理解它們：它們分別忽視了什么、突出了什么？可以解決什么問題、不能解決什么問題？這些模型有哪些共同點(diǎn)、有哪些不同點(diǎn)？……

引導(dǎo)學(xué)生按照物理模型方法總結(jié)一類習(xí)題，例如板塊模型、天體運(yùn)動模型、機(jī)車啟動模型、斜面模型、各類臨界模型等。在總結(jié)中，領(lǐng)悟物理模型，體會物理模型在理解知識、解決問題中的作用。

三、多方建?；庵R難點(diǎn)

人們對某一事物的認(rèn)識過程總是循序漸進(jìn)、螺旋前進(jìn)，作為解讀事物的物理模型的構(gòu)建也是如此。例如，人們對宇宙觀的認(rèn)識由地方天圓說到地心說，到日心說，再到爆炸說……這是一個螺旋前進(jìn)的認(rèn)識過程?？茖W(xué)上，諸如此類的例子比比皆是。

在高中物理教學(xué)中，認(rèn)識、理解某些概念、規(guī)律也是如此。對某一事物循序漸進(jìn)、依據(jù)學(xué)情、按需層層構(gòu)建模型，是一個符合教學(xué)規(guī)律，有利于學(xué)生認(rèn)識、理解知識的有效策略，我們把它稱為“多方建?！苯虒W(xué)法。下面以閉合電路教學(xué)中運(yùn)用“多方建?！睘槔?。

由若干導(dǎo)線連接電源、用電器的閉合電路，一直是高中物理教學(xué)中一個難點(diǎn)，原因是認(rèn)識它需要突破層層難點(diǎn)：第一是電源電動勢概念的突破，第二是電動勢、外電壓、內(nèi)電壓之間關(guān)系的理解，第三是沿電流方向電勢升降特點(diǎn)認(rèn)知。新課標(biāo)教材似乎也認(rèn)識到這一點(diǎn)，把電源電動勢與閉合電路的電壓關(guān)系一分為二，分成兩節(jié)內(nèi)容來編寫。

為了突破這些難點(diǎn)，在教學(xué)中做了如表1的處理，層次合理，遵循了“最近發(fā)展區(qū)”的認(rèn)知理論，教學(xué)效果較好：采用類比法構(gòu)建模型一，有利于理解電源在電路中的作用，最終促進(jìn)電動勢概念的構(gòu)建，而這將有利于電壓關(guān)系的推導(dǎo)；采用對比試驗(yàn)構(gòu)建模型二，運(yùn)用等效替代法突破了內(nèi)電路、內(nèi)電壓等概念，并從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上直接得出電壓關(guān)系結(jié)論；構(gòu)建模型三，進(jìn)一步顯示電動勢在閉合電路中的意義，破除了電源兩極電壓即電動勢的思維定勢；模型四是教材中呈現(xiàn)的模型，雖然反映了閉合電路中電勢升降情況，但是不利于理解電壓關(guān)系，學(xué)生難以一下子接受。在構(gòu)建模型二、模型三時，都基于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，從真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)，簡化、純粹化，最終抽象得出模型。這有利于學(xué)生接受物理模型，最終促進(jìn)對知識的理解。

就單個模型的構(gòu)建來看，自成一體，前三個模型的構(gòu)建都有直接的現(xiàn)象（類比現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象）為基礎(chǔ)，依據(jù)現(xiàn)象構(gòu)建物理模型，每一個模型解決問題的側(cè)重點(diǎn)不同；四個模型聯(lián)合來看，由易到難，層層遞進(jìn)，思維邏輯環(huán)環(huán)相扣，綜合四個模型，能夠很好地理解閉合電路有關(guān)概念和規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳運(yùn)保、馬亞強(qiáng).高中物理教材科學(xué)方法顯性化特點(diǎn)的文本分析[J].教學(xué)與管理，2014（11）.【責(zé)任編輯 郭振玲】