呂小強(qiáng)

【摘 要】本文論述物理模型建構(gòu)的方法，抽象總結(jié)以提取共性因素，近似忽略以揭示自然本質(zhì)，分析綜合以全面理解事物;類比聯(lián)想并運(yùn)用推論思維，假設(shè)驗(yàn)證并不斷補(bǔ)充完善，等效替代并促進(jìn)不同轉(zhuǎn)換，培養(yǎng)學(xué)生的物理知識遷移和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】高中物理 模型建構(gòu) 遷移創(chuàng)新

【中圖分類號】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）03B-0138-02

物理模型的搭建離不開建構(gòu)者對所學(xué)物理知識的深刻理解，并且還要求建構(gòu)者能夠在深刻理解掌握的基礎(chǔ)上對相關(guān)知識進(jìn)行遷移，靈活變通，這一要求就需要學(xué)生有良好的物理知識遷移和創(chuàng)新能力。因此，模型式教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的遷移和創(chuàng)新能力有積極的促進(jìn)作用。教師在授課過程中要結(jié)合講課進(jìn)度，指導(dǎo)學(xué)生掌握不同的模型構(gòu)建方法，提升其遷移和創(chuàng)新能力。

一、抽象總結(jié)，提取共性因素

抽象與總結(jié)是遷移和創(chuàng)新能力的重要體現(xiàn)，通過抽象思維提取事物本質(zhì)以及知識點(diǎn)之間的共同因素，并且對其進(jìn)行歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)該物理知識的“靈魂”，從而更加深刻地掌握相關(guān)內(nèi)容。因此，在采用物理建模的方式開展課堂講授時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生細(xì)心地對相關(guān)事物進(jìn)行分析，歸納出一系列的現(xiàn)象和事物所具有的共通的物理模型。

比如，在講述“超重與失重”這一內(nèi)容時，可以指導(dǎo)學(xué)生對這兩種物理現(xiàn)象的概念、成因、特征進(jìn)行抽象總結(jié)，分析并提取出超重和失重之間的共性與區(qū)別，從而將其掌握。在仔細(xì)閱讀課本中的描述并且聽過教師的大致講解之后，組織學(xué)生討論物體的速度 v 與加速度 a 的方向之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng) v 和 a 的方向均豎直向上時就會出現(xiàn)超重現(xiàn)象。比如，站在加速上升的電梯里面的人所受到的合力指向上方，底面對人的彈力 T>重力 mg，并且 T=mg+ma，彈力減去重力就是提供物體做加速運(yùn)動的力;而失重的概念則與超重相反，若物體的 a 與 v 同向并且都豎直向下則會出現(xiàn)失重現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為物體受到的向上的力小于物體本身的重力，即 T

可見，對于難以理解的物理知識，采用抽象總結(jié)的方式，提取其所具有的相似的物理因素，以此為基礎(chǔ)搭建相應(yīng)的物理模型，可以很好地加深學(xué)生對抽象內(nèi)容的掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生的物理創(chuàng)新能力。

二、近似忽略，揭示自然本質(zhì)

在高中物理所學(xué)的知識中主要是對一些理想的物理狀況進(jìn)行分析，忽略一些雖然具有干擾，但是影響并不是十分大的因素，直接分析該物理現(xiàn)象的本質(zhì)因素。因此，在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型時也要利用近似忽略這一思想，剖析事物的自然本質(zhì)特征。

比如，在講到“平拋運(yùn)動”這一內(nèi)容時，我們知道，高中階段討論的平拋運(yùn)動僅僅就拋體的初始速度以及所受的重力進(jìn)行分析，而忽略了實(shí)際中存在的空氣中的阻力，因此，就要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會近似忽略，分析拋體運(yùn)動的本質(zhì)。在忽略空氣阻力情況下，拋體運(yùn)動的本質(zhì)就是豎直方向上的自由落體以及水平方向上的勻速直線運(yùn)動合成，運(yùn)動時間僅僅由拋出時的高度所決定，從而構(gòu)建了拋體運(yùn)動的一般模型。比如例題：

一架直升機(jī)需要在飛行的途中將物體投下然后返航。已知直升機(jī)飛行的高度為 h，飛機(jī)速度為 v，飛機(jī)應(yīng)在何處投放物資？

看到這一類問題時，首先要根據(jù)已知的量搭建平拋運(yùn)動的模型，忽略空氣阻力的影響。然后根據(jù)題干給出的物體的高度，進(jìn)而利用自由落體公式求出物體從拋出到落地時所用的時間 t。在平拋運(yùn)動中的水平方向就是以初速度 v0 做勻速直線運(yùn)動，因此運(yùn)動距離 s=tv0。已知高度為 h，加速度為 g，根據(jù) ?可以得出下降的時間 t，因此其移動距離 x=vt，由此就可以得出飛機(jī)應(yīng)在距目標(biāo) x=vt 處投放物資。

可見，近似忽略的方法可以極大地降低物理問題的分析難度，便于學(xué)生深入地理解所學(xué)的知識。因此，教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生掌握近似忽略的方法，靈活地搭建物理模型，更容易地探究物理知識的本質(zhì)特征。

三、分析綜合，全面理解事物

物理是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，教師在講解中要注意學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性、綜合性，全面理解事物。這不僅能夠?qū)⑹挛锓纸?，理解各部分的屬性，而且能夠?qū)Ω鞑糠诌M(jìn)行綜合，掌握事物的綜合特征。因此通過分析綜合的方式搭建物理模型，由局部到整體逐步深入分析，就可以幫助學(xué)生更全面地理解物理知識，培養(yǎng)其遷移和創(chuàng)新能力。

比如，在講授圓周運(yùn)動這一部分的內(nèi)容時，經(jīng)常能夠遇到多個圓周運(yùn)動的物體共軸或者通過導(dǎo)帶相連接的情況。學(xué)生遇到這種情況時就會感到難以分析，此時可以采用分析、綜合的方法，對該模型中的不同事物進(jìn)行局部分析，然后將其綜合為一個整體。該模型中所具有的主要物理因素為做圓周運(yùn)動的物體的角速度與線速度，角速度 ω 即其在單位時間內(nèi)滑過的角度，;線速度 v 是其在單位時間內(nèi)經(jīng)過的位移，。首先，對相連的兩個圓周運(yùn)動的線速度進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)通過導(dǎo)帶相連接的兩個圓周運(yùn)動物體的線速度是與導(dǎo)帶的運(yùn)動速度一致的，故而此時兩物體的線速度 v 必然一樣。之后，對共軸的兩物體做圓周運(yùn)動的角速度進(jìn)行分析，這兩個物體就相當(dāng)于是一個做圓周運(yùn)動的圓盤上不同位置的點(diǎn)，其每秒掃過的角度是一樣的，因而其角速度 ω 是一樣的。搭建了這一物理模型之后，學(xué)生再遇到這一部分的問題時就能迎刃而解。比如，當(dāng)判斷傳送裝置兩個滑輪的線速度時，根據(jù)這一物理模型他們就能夠迅速地想到，因?yàn)槭峭ㄟ^同一條傳送帶相連接，所以導(dǎo)帶的運(yùn)動速度跟兩個滑輪各點(diǎn)上的線速度一致。由此能夠推出 ω 和 v 以及半徑 R 的關(guān)系：v=ωR，做到知識遷移創(chuàng)新。

物理學(xué)習(xí)中十分重要的一點(diǎn)就是對知識的綜合性掌握，全面的理解。因此教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)十分注重這一特性，指導(dǎo)學(xué)生掌握通過分析、綜合來搭建物理模型的這一方法，幫助其更全面地理解物理知識。

四、類比聯(lián)想，運(yùn)用推論思維

高中物理的學(xué)習(xí)是一個循序漸進(jìn)的過程，新舊知識之間總會有一些相似或者相異的地方，因此，可以通過類比聯(lián)想的方法來完成物理模型的搭建，通過不同知識的類比推理來加深學(xué)生的理解，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)。

比如，在講解“電勢和電勢能”這一內(nèi)容時，就可以與前面學(xué)過的重力勢能與重力做功的相關(guān)知識進(jìn)行類比，搭建出勢能的物理模型。學(xué)生在學(xué)習(xí)了重力勢能的知識后已經(jīng)知道重力勢能的大小只與物體所處的高度 h 以及其物體自身質(zhì)量 m 有關(guān)。比如，物體 m 在 h 處的重力勢能為 mgh。當(dāng)物體高度發(fā)生變化時，重力勢能也會發(fā)生變化，并且變化的量就是這一過程中重力所做的功，W=mgh1-mgh2。將這一性質(zhì)類比到電勢和電勢能就會得出電荷在靜電場中所受靜電力做功的特點(diǎn)，W=EQL cosθ，也就是說，靜電力做功等于電荷在移動過程中電勢能的變化量，即 W=EpA-EPB。如果電荷在運(yùn)動中靜電力做正功則電勢能減小，否則電勢能提高。這一點(diǎn)和重力勢能的特征一致，從而完成了勢能特點(diǎn)的模型搭建。

通過類比聯(lián)想的方法搭建物理模型，能夠更好地幫助學(xué)生理解物理知識之間的聯(lián)系性，對物理內(nèi)容的理解更加具有系統(tǒng)性，并且在類比思考的過程中可以提高其對知識靈活遷移創(chuàng)新的能力，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

五、假設(shè)驗(yàn)證，不斷補(bǔ)充完善

高中物理所要學(xué)習(xí)的知識相對其他學(xué)科來講確實(shí)有些復(fù)雜，模型搭建的過程中不可能一蹴而就，需要不斷地進(jìn)行假設(shè)驗(yàn)證，對模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善補(bǔ)充。因此，教師引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建物理模型時應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生擺正心態(tài)，積極地進(jìn)行改進(jìn)。

比如，在引導(dǎo)學(xué)生搭建加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的模型時，可以先提出一個簡單的模型，之后通過假設(shè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對之進(jìn)行改善。首先，通過生活中的一些現(xiàn)象，我們會發(fā)現(xiàn)物體受到的力越大，速度變化就越快，所以我們可以認(rèn)為物體的加速度與受到的力成正比，存在一個系數(shù) k，使得 F=ak。這樣我們就有了第一個假設(shè)。之后，對其進(jìn)行驗(yàn)證。我們可以準(zhǔn)備質(zhì)量不同的兩個物體 A 和 B（mA>mB），然后分別給這兩個物體施加 10 kN 的力，通過攝像機(jī)記錄施加力后在 10 s 內(nèi)物體 A 和 ?B 的位移和速度變化情況。比較后可以發(fā)現(xiàn) B 的速度變化量比 A 的速度變化量大，即 aB>aA，因此證實(shí)了加速度 a 與質(zhì)量成反比。對上面的假設(shè)進(jìn)行完善，可以得出 ，從而得出了這三者之間的關(guān)系，構(gòu)建出了相關(guān)物理模型。

在高中階段應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生樹立不斷地對所學(xué)知識進(jìn)行驗(yàn)證、完善的思想，培養(yǎng)其物理創(chuàng)新能力。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生要不斷地完善所構(gòu)建的物理模型，加深對物理知識的理解，提升物理綜合素養(yǎng)。

六、等效替代，促進(jìn)不同轉(zhuǎn)換

教師在指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型時，要使學(xué)生學(xué)會模型構(gòu)建的方法，讓其學(xué)會模型的等效替代，從而能夠靈活地根據(jù)物理知識的相關(guān)性，完成不同模型之間的轉(zhuǎn)換，做到舉一反三，靈活遷移。

比如，在講解“庫侖力”的相關(guān)知識時，引導(dǎo)學(xué)生搭建庫侖力的物理模型時，可以通過對萬有引力的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換來分析研究。這兩者的定義十分相似，庫侖力 ，而萬有引力 。后者表示兩個物體之間的相互吸引作用力的大小，前者求的是電荷 q1 和 q2 的吸引力或排斥力大小。兩者求解的式子十分相似，結(jié)果分別由物體的質(zhì)量 m1 和 m2，電荷帶電量 q1 和 q2，以及物體間的距離所決定。根據(jù)這一特性就可以使用等效替代的方法，完成模型之間的轉(zhuǎn)換，做到舉一反三。但是在轉(zhuǎn)換過程中也要注意兩者間細(xì)微的不同之處，庫侖力的方向與萬有引力的方向不同。

在物理模型構(gòu)建的過程中，應(yīng)該熟練地掌握等效替代的方法，深入地理解某一模型的基本特性，然后對其進(jìn)行靈活地轉(zhuǎn)換，完成另一模型的構(gòu)建。

綜上所述，在高中物理教學(xué)中開展模型教學(xué)，在模型的搭建過程中幫助學(xué)生加深對物理現(xiàn)象的理解，發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，并且通過不同的模型構(gòu)建方法的講解，鼓勵學(xué)生主動地深入分析各項(xiàng)物理知識，更加系統(tǒng)地掌握物理概念，從而使學(xué)生能夠更靈活地對物理知識進(jìn)行遷移創(chuàng)新。

【參考文獻(xiàn)】

[1]杜 放.高中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與培養(yǎng)策略[J].華夏教師，2018（8）

[2]程柱建.物理模型的建構(gòu)及其教學(xué)[J].教學(xué)與管理，2017（28）

[3]黃春娥.淺談物理模型的建構(gòu)及運(yùn)用[J].中等職業(yè)教育（理論），2009（1）

（責(zé)編 盧建龍）