高三复习中的物理模型教学法初探
2022-06-08
摘 要：物理学科很重要的一个特点就是模型化，物理模型是中学物理知识中最常见的载体，通过对其进行分析和讲解，是学生获得知识的一种基本方法，更是培养学生创造性思维能力的重要途径。根据高三物理复习的特点，笔者尝试进行物理模型教学，以提高学生解决物理问题的能力。由于物理模型教学应用在高三复习中的研究还比较少，本研究可以拓展物理模型教学法在具体年级教学中的应用，尝试改善高三复习的效果，提高学生解决问题的能力以及培养学生的创造性思维。
关键词：物理模型；物理模型教学；高三复习
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0068-4
国外对物理模型教学的研究主要集中在：美国亚利桑那州立大学物理教育家David Hestenes 教授在上世纪八十年代提出的以物理模型教学为中心的教学策略，以提高学生解决物理问题的能力。David Hestenes 教授与其合作者，随后进行了大量的实证研究和课程开发，并且在《American Journal of Physics》上发表了一系列文章，从认知心理、教育学、物理学等各个不同角度对比了传统教学和物理模型教学的优劣，并大力呼吁物理课程改革应该以物理模型的建构为中心。受此影响，美国西部很多高中都推行物理模型教学。David Hestenes 教授认为物理建模过程包括：建立模型、分析模型、验证模型[1]。
因此，教师在教学过程中，应该注重指导学生能根据不同的物理情景，确定需要研究的物理量，抓住主要因素，忽略次要因素，建立物理模型。在物理模型教学中，通过学习物理模型的建立及其应用，可使学生逐步认识模型的设计依据，建立模型的方法，从而初步掌握模型方法[2]。
高三物理复习教学，从知识、思维能力层次的要求来看，不同于高一、高二的物理复习，从培养创造型人才的目标看，高中物理复习必须注重物理模型的思维训练，为发展学生的创造性思维打下良好的基础。笔者在高三复习的课堂上，尝试以一些高三复习时常见的物理训练题为例，探索高三物理复习中实施模型教学法的有效途径，为今后物理教学中进一步培养学生的创造性思维指明方向。
开展物理模型教学，首先必须充分认识高中阶段的物理模型。物理模型本身是一种高度抽象的理想化的心理构造物，尤其在高三复习的过程中经常碰到。笔者查阅相关文献，认为高中物理模型可以大致分为3类：
（1）对象模型：指的是用来代替研究对象实体的理想化模型。高中物理中的对象模型主要有以下一些：质点、轻绳、轻杆、轻滑轮、轻弹簧、不可伸长的细线、理想气体、点电荷、检验电荷、匀强电（磁）场等。
（2）条件模型：把研究对象所处的外部条件理想化，所建立的模型为条件模型。高中物理主要的条件模型有：光滑表面、恒力、真空等。
（3）过程模型：实际的物理过程都是诸多因素作用的结果。忽略次要因素的作用，考虑主要因素引起的变化过程为过程模型。高中物理主要的过程模型有：匀速直线运动、匀变速运动、匀速圆周运动、弹性碰撞、非弹性碰撞、等温、等容、等压变化等。
在高三物理的复习课中，大部分学生对于常见的物理情景，已经有了初步的认识，对于上述三类模型中的前两类——对象模型、条件模型，应该说相当熟悉。但是，在过程模型的运用上，还不够熟练。表现在：（1）对于陌生的物理情景，不能有效地通过类比建立起过程模型；（2）对于已经很熟悉的物理过程模型，稍微有点变化，就不能够识别，无法建立起正确的模型，模型迁移能力严重不足。
尤其是上述情况（2），出现这类情况的学生有一定的物理基础，但是缺乏阶梯让他们更上一层楼。其实，无论问题情景多么新颖多变，或是与日常生活密切联系的实际问题，都可以归结为学生熟悉的物理模型。在高三物理复习中，应该突出模型的横向联系与延伸，通过模型迁移，提高学生解决问题的能力[3]。笔者下面就力学复习中比较典型的一个过程模型：完全非弹性碰撞模型，进行物理模型教学法的探索。
（一）课堂引入：基本模型的理解
如图1，质量为m的子弹（可视作质点），水平向右速度为v0，射入光滑水平面上质量为M的静止木块中，子弹射入木块的深度为d后，两者共同运动，速度为v，子弹射入木块时所受的阻力大小恒为f。假设子弹对地位移是s1，木块对地位移为s2。请画出运动的初、末状态示意图，并按如下提示写出上述物理过程的基本规律。
■
图1 基本模型
基本规律：
动量守恒定律： （1）
（参考答案：mv0=（m+M）v）
动能定理：子弹 （2）
（参考答案：-fs1=■mv2-■mv■■）
木块 （3）
（参考答案：fs2=■Mv2-0）
（2）+（3）得： 。
（参考答案：-f（s1-s2）=■（m+M）v2-■mv■■）
所以，根据摩擦生热原理，可知产生热量Q：
（4）
（参考答案：Q=fd=■mv■■-■（m+M）v2）
提问：
1. 子弹打木块模型有什么重要特征？
答： 。
2.方程（4）中的d应该如何正确理解？
答： 。
在上述的教学过程中，主要针对高三力学复习中比较重要的一个碰撞：完全非弹性碰撞来展开。利用模型“子弹打木块”进行教学设计，引导学生强化完全非弹性碰撞的模型特征。 本文由WWw. dYlW.net提供，第一论文网专业代写论文和论文代写以及教育论文发表服务，欢迎光临dYLW.neT
模型强化时，还应注意以下3点：
1.引导学生根据模型特征，判断是否为“子弹打木块”模型（即：学会判断完全非弹性碰撞）；
2.方程（4）为内能的计算式，由滑动摩擦力f与相对位移d的乘积而来，而求相对位移d的关键是：
关键词：物理模型；物理模型教学；高三复习
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0068-4
国外对物理模型教学的研究主要集中在：美国亚利桑那州立大学物理教育家David Hestenes 教授在上世纪八十年代提出的以物理模型教学为中心的教学策略，以提高学生解决物理问题的能力。David Hestenes 教授与其合作者，随后进行了大量的实证研究和课程开发，并且在《American Journal of Physics》上发表了一系列文章，从认知心理、教育学、物理学等各个不同角度对比了传统教学和物理模型教学的优劣，并大力呼吁物理课程改革应该以物理模型的建构为中心。受此影响，美国西部很多高中都推行物理模型教学。David Hestenes 教授认为物理建模过程包括：建立模型、分析模型、验证模型[1]。
因此，教师在教学过程中，应该注重指导学生能根据不同的物理情景，确定需要研究的物理量，抓住主要因素，忽略次要因素，建立物理模型。在物理模型教学中，通过学习物理模型的建立及其应用，可使学生逐步认识模型的设计依据，建立模型的方法，从而初步掌握模型方法[2]。
高三物理复习教学，从知识、思维能力层次的要求来看，不同于高一、高二的物理复习，从培养创造型人才的目标看，高中物理复习必须注重物理模型的思维训练，为发展学生的创造性思维打下良好的基础。笔者在高三复习的课堂上，尝试以一些高三复习时常见的物理训练题为例，探索高三物理复习中实施模型教学法的有效途径，为今后物理教学中进一步培养学生的创造性思维指明方向。
开展物理模型教学，首先必须充分认识高中阶段的物理模型。物理模型本身是一种高度抽象的理想化的心理构造物，尤其在高三复习的过程中经常碰到。笔者查阅相关文献，认为高中物理模型可以大致分为3类：
（1）对象模型：指的是用来代替研究对象实体的理想化模型。高中物理中的对象模型主要有以下一些：质点、轻绳、轻杆、轻滑轮、轻弹簧、不可伸长的细线、理想气体、点电荷、检验电荷、匀强电（磁）场等。
（2）条件模型：把研究对象所处的外部条件理想化，所建立的模型为条件模型。高中物理主要的条件模型有：光滑表面、恒力、真空等。
（3）过程模型：实际的物理过程都是诸多因素作用的结果。忽略次要因素的作用，考虑主要因素引起的变化过程为过程模型。高中物理主要的过程模型有：匀速直线运动、匀变速运动、匀速圆周运动、弹性碰撞、非弹性碰撞、等温、等容、等压变化等。
在高三物理的复习课中，大部分学生对于常见的物理情景，已经有了初步的认识，对于上述三类模型中的前两类——对象模型、条件模型，应该说相当熟悉。但是，在过程模型的运用上，还不够熟练。表现在：（1）对于陌生的物理情景，不能有效地通过类比建立起过程模型；（2）对于已经很熟悉的物理过程模型，稍微有点变化，就不能够识别，无法建立起正确的模型，模型迁移能力严重不足。
尤其是上述情况（2），出现这类情况的学生有一定的物理基础，但是缺乏阶梯让他们更上一层楼。其实，无论问题情景多么新颖多变，或是与日常生活密切联系的实际问题，都可以归结为学生熟悉的物理模型。在高三物理复习中，应该突出模型的横向联系与延伸，通过模型迁移，提高学生解决问题的能力[3]。笔者下面就力学复习中比较典型的一个过程模型：完全非弹性碰撞模型，进行物理模型教学法的探索。
（一）课堂引入：基本模型的理解
如图1，质量为m的子弹（可视作质点），水平向右速度为v0，射入光滑水平面上质量为M的静止木块中，子弹射入木块的深度为d后，两者共同运动，速度为v，子弹射入木块时所受的阻力大小恒为f。假设子弹对地位移是s1，木块对地位移为s2。请画出运动的初、末状态示意图，并按如下提示写出上述物理过程的基本规律。
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图1 基本模型
基本规律：
动量守恒定律： （1）
（参考答案：mv0=（m+M）v）
动能定理：子弹 （2）
（参考答案：-fs1=■mv2-■mv■■）
木块 （3）
（参考答案：fs2=■Mv2-0）
（2）+（3）得： 。
（参考答案：-f（s1-s2）=■（m+M）v2-■mv■■）
所以，根据摩擦生热原理，可知产生热量Q：
（4）
（参考答案：Q=fd=■mv■■-■（m+M）v2）
提问：
1. 子弹打木块模型有什么重要特征？
答： 。
2.方程（4）中的d应该如何正确理解？
答： 。
在上述的教学过程中，主要针对高三力学复习中比较重要的一个碰撞：完全非弹性碰撞来展开。利用模型“子弹打木块”进行教学设计，引导学生强化完全非弹性碰撞的模型特征。 本文由WWw. dYlW.net提供，第一论文网专业代写论文和论文代写以及教育论文发表服务，欢迎光临dYLW.neT
模型强化时，还应注意以下3点：
1.引导学生根据模型特征，判断是否为“子弹打木块”模型（即：学会判断完全非弹性碰撞）；
2.方程（4）为内能的计算式，由滑动摩擦力f与相对位移d的乘积而来，而求相对位移d的关键是：