模型构建在高中物理教学中的应用

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  摘 要:新课程改革全面实施,对传统教学理念与教学方式形成冲击,师生教与学发生较大变化。说明传统灌输式学习已不适用于现代教育趋势,需要寻求新型教学方式维持学生探究知识欲望。高中物理知识和初中阶段相比无论容量还是难度均有所增大,知识点分散于各个章节,学生在学习中需要合并分散的知识点后形成完整知识体系,此时突显模型构建重要性和必要性。教师在教学中通过讲解模型能帮助学生高效理解和掌握物理现象和规律,提高学习效率。对此,本文则从多方面分析在物理教学应用模型构建策略,望给予教师教学提供参考。
  关键词:高中物理;模型构建;应用策略
  物理是高中教育重要组成,知识内容相对丰富,对学生抽象思维有着较高要求。正因如此,传统让学生理解概念和定律等教学方式不适用于现代高中物理教学,因为未让学生充分理解知识内容,导致学生无法将所学物理知识应用于实践当中,降低学习效率。物理模型是当前很多高中物理教师广泛应用的教学方式,具有显著的美学性、科学性与抽象性特征,在建模中需要学生融合多个知识点,强化对所学知识理解,从而形成系统化学习思维,全面提高物理教学质量和学生应试能力。
  一、优化模型构建教学
  纵观高中物理课堂教学现状得知,即使学生具备模型构建意识,但在具体构建中普遍存在意识薄弱和概念模糊以及无法解决实际问题情况,因而高中物理教师应结合实际情况在教学中应用模型构建,提高物理教学效率。具体可从以下方面着手:首先重视物理基础教学,指导学生掌握技能;毫无疑问,扎实的基础能力是学生建立物理模型的关键所在,究其原因构建模型时需运用众多知识点作为支撑,对学生理解和掌握物理基础知识与技能提出较高要求。高中物理教师在教学中需重视夯实学生基础,除了重视培养学生技能,还要帮助学生夯实基础知识,促使学生具备运用所学物理知识分析与解决问题能力,随即围绕物理知识构建模型,提高物理学习效率。
  以“动量守恒定律”教学为例,该章节经典物理模型为“人船模型”,此模型涉及动量守恒定律、运动学相对位移、牛顿运动定律等多方面知识点。物理教师在讲解模型前需指导学生回顾旧知,随即讲解新知。在此过程中可结合具体例题讲解知识,例如在复习相对位移知识时,教师为学生呈现以下习题:在一片光滑水平地面分别叠放一块木板与木块,其中木块处于长木板的右边,再对长木板添加一个水平向左的拉力,如果想要使物体牢固地放置于木板上,拉力要处于哪种范围内?与此同时,还有以下条件:物体质量为1kg,长木板长为2米,质量为3kg,其中长木板与物体之间的动摩擦因素为0.1。高中物理教师可先让学生自主分析上述题目并尝试解答,待学生思考解答后可为学生解决,夯实之前所学的相对位移概念的同时为后续构建物理模型做好铺垫。其次重视模型构建步骤;只要明确模型构建步骤才能更好地指导学生理解知识,教师需指导学生基于已有知识经验了解构建模型步骤,改变以往思维缺陷,使学生高效运用所学知识分析和解决实际问题。一般模型构建有以下步骤,其一,了解情境,物理教师需指导学生充分理解知识并基于此创设情景,使学生学会透过表象了解知识本质特征。其二对比分析相似模型,运用物理语言表现新模型特征;其三结合全新的物理模型创设情境并深入思考,对所需知识产生深刻印象。例如在构造人船模型时,教师在教学中指导学生逐步建模,先让学生熟悉情景,即在静止的水面上停留一个质量为M的船,此时有一位质量为M的人从船的一头走向船体的另一头,请问人与船在此过程中需要位移多少?提出问题后,先让学生回忆物理教材中与模型有着紧密联系的知识。随即提出以下问题:“若将船与人看作一个整体,此时人从船头走向船尾,在不计算水的阻力前提下请问该运用哪种力量促使人与船运动,该系统又需要满足哪些物理定律?”学生在物理教师引导下经讨论后得出专属于自己的答案:“人和船在相互作用下属于相互运动状态,将二者看作一个整体,其中水平方向无任何外力,因此可以认定为该系统水平方向为动量守恒。”物理教师再为学生归纳总结人船模型的能量规律与动量学规律,在总结之前特征的基础上得出“人船模型”问题定义。最后教师对之前创建的模型情景实施迁移,并为学生提供变形题,让学生自主分析例题中情景不同之处,如果本质类型相同的题目可称作人船模型。第三借助习题强化思想,增强建模能力;教师在教学完毕后可为学生提供典型例题,提高学生建模能力。相同物理模型经系统迁移和情景改变后可设计出不同类型物理习题,让学生在课前独立自主完成。在习题课之前归纳总结学生完成情况,充分了解学生掌握物理模型情况,由此一来在习题课上有针对性讲解知识,强化对所学物理知识理解。例如在讲解动量守恒定律知识后,教师提出以下例题,其一为“人船模型”基础题目,目的在于帮助学生巩固复习新知。其二为变形题,通过设置人与气球的情景后引入人船模型,将一个质量为M的气球悬挂在长为L的绳梯上,人沿着绳梯慢慢向上爬,人的质量为m,当人的向上爬行时,气球处于静止状态。当人爬至最顶端时,请问气球与人移动距离为多少?第三也为变形题,为物体在斜面上运动场景,通过解答上述三道题目深化对人船物理模型理解,再为学生讲解机械能守恒与人船模型知识,进一步巩固复习所学物理模型。
  二、明确模型构建程序
  高中物理教师在应用模型构建时需明确相关程序,使物理模型更好地服务于学生学习。一般物理模型构建程序有以下方面,首先分析研究对象原型特征;建立物理模型的重点在于准确把握研究对象本质特征并基于此做出正确抽象。借助构建物理模型掌握分析问题和解决问题方法,形成缜密的逻辑思维,整个思维过程相对明显,因而对于物理模型而言,明确物理对象每个细节。其次确定影响研究对象主次因素;毫无疑问,紧抓主要矛盾是建立物理模型重点,要在此过程中突显研究对象特征,但不能忽略次要特征,得出易于认识客观事物的本质规律,达到成功解决实际问题,目的。如果不分主次考虑所有因素则无法深入研究,甚至无法分析简单物理现象。物理教师指导学生建立模型時时要紧抓具体问题展开分析,明确决定事物的主要因素和次要因素,以及哪些为必然和偶然因素,由此建立科学合理的物理模型,发展学生抽象思维能力。第三把握研究对象本质特征并做出合理抽象;当学生确立原性特征与主次因素后,就需紧抓本质特征主要因素进行抽象,随即得出所需模型。物理模型建立的基础围绕物理理论和规律,尤其物理学目的在于探索广泛存在于自然界的各种运动规律,促使人们对世界产生深刻认识。如果想要达到上述目的,就需归纳总结充分反映物理过程、现象等在相关条件下发展与变化规律,准确揭示事物间联系和本质属性,更要求在此过程中形成严密性和系统化的物理理论。众所周知,自然界物质和事物有着显著的多样性与复杂性特征,如果基于物理客体研究问题则会变得复杂化,难以得出定理描述化的物理规律,此时就要求学生准确把握对象本质特征并对其抽象,从而得出真实反映客体本质属性物理模型,从而得出真实且全面地反映事物客体原因。   以“单摆”教学为例,构建该知识物理模型可遵循上述特征,首先组织典型演示实验,分析特征和明确主要因素;单摆属于理想化模型,摆球质量在实际中远远大于摆线质量,基本可以忽略摆线形变,长度也远远大于摆球直径,所以将运用细绳挂的小球可看作单摆。如果细绳悬挂的小球摆动摆角小于5°,那么就可认为小球振动周期与球的质量毫无关联,甚至与球的大小也无关联,要将该系统抽象为单摆模型,物理教师可让学生观察以下演示实验:①两个悬线长畅通,但摆幅不同的小球摆动;②两个悬线长相同,但质量不同的小球摆动;③两个悬线长不同小球摆动。上述演示实验能调动学生探究知识积极性和主动性,从而初步认识单摆这一理性化模型。大部分学生会凭借已有认知和生活经验认为,如果小球重量大,都但悬线长相同,那么重量大的小球会比重量轻的小球快速得到平衡位置,振幅大的小球会比振幅较小的小球更慢地回到平衡位置,呈现出意料之外的观察结果。小球振动的等时性对摆角和摆线均为表观特征,通过上述演示实验可观察到。但通过细致理论并非无法切实理解小球摆动的内在机理。通过理论分析得知,小球振动的回复力为球的重力沿着圆弧的切向实施分力,当摆角很小时才会有,F=-kx,k=mg/1,此时才可认为小球作简谐运动,得出小球摆动周期公式。教师可指导学生独立完成上述分析过程,小球在这种情况下摆动为单摆运动。此外为突显事物本质特征,高中物理教师在教学中可直接切入,往往会精选演示实验和例题,为拓展对物理模型认识,还可为学生提供更为广阔的背景材料衬托和凸显物理模型,深化学生对所学知识理解,提高物理教學效率和质量。
  结束语
  总之,蓬勃发展的经济社会对人才提出比以往更高的要求,其中高水平创新型和应用型人才更是得到各个领域青睐,教育领域也要紧随社会发展趋势做出改革。在高中物理教学中应用模型构建能较好地帮助学生融合多个知识点,最重要切实理解和掌握物理规律和现象,并学会运用所需物理知识解析实际问题。因而高中物理教师需响应高考改革趋势,结合学生学情和学科特征科学指导学生构建模型,提高物理教学效率和质量,实现预期课程目标,为学生全面发展奠定坚实基础。
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