時間:2023-07-10 16:02:59
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初中物理學科已經顯示出它的抽象性,學生接受起來未免有些吃力,利用模型的形象直觀的特點,可破解物理難題,開啟智慧之門。構建初中物理教學中的物理模型,要遵循由易到難、由淺入深、由表象到實質的人類認識規律,將一個復雜的科學理論轉化為直觀的事物,展現在學生面前,從而幫助學生理解消化物理知識,取得更好的學習效果。
一、物理模型的分類
構建物理模型是初中物理教學的重要組成部分,它的目的是幫助學生理解物理概念和物理規律,進而做到將所學到的理論用于解決實際問題。其分類有:
1.物理對象模型――直接將具體研究對象的某些次要因素忽略掉而建立的物理模型。這種模型應用最為廣泛,在初中物理教材中有許多很好的例子。例如:質點、薄透鏡、光線、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型。
2.物理條件模型――忽略研究對象所處條件的某些次要因素而形成的物理模型。在初中物理中有:光滑面、輕質桿、輕質滑輪、輕繩、輕質球、絕熱容器、勻強電場和勻強磁場等。我們以輕質桿為例加以分析。比如簡單機械里的杠桿,在初中階段問題往往歸結到力矩的平衡上來。
3.物理過程模型――忽略物理過程中的某些次要因素建立的物理模型。在初中物理中有:勻速直線運動、穩恒電流等。這些物理模型都是把物理過程中的某個物理量的微小變化忽略掉,把這個物理量看成是恒定的。因為這些量的變化量與物理量本身相比太小了,以至于可以略去不計。這樣不用考慮過程中物理量的復雜變化情況而只考慮恒定過程,分析問題就容易多了。
4.理想化實驗――在大量實驗研究的基礎上,經過邏輯推理,忽略次要因素,抓住主要特征,得到在理想條件下的物理現象和規律的科學研究方法就是理想實驗。理想化方法是物理科學研究和物理學習中最基本、應用最廣泛的方法。初中物理中就有一個非常著名的理想化實驗:伽利略斜面實驗。
5.數學模型――由數字、字母或其它數學符號組成的、描述現實對象數量規律的數學公式、圖形或算法。初中物理中的數學模型主要有磁感線和電場線。磁感線(電場線)是形象的描述磁感應強度(電場強度)空間分布的幾何線,是一種數學符號。而磁場和電場本身的性質對這些幾何線做了一些規定,例如空間各點的電場強度是唯一的規定了電場線不相交。這樣就使它們成為形象、簡練而準確的描述磁場和電場的數學符號。
二、在教學中如何構建物理模型
要想讓學生熟練地運用模型解決實際問題,這就要求學生在平時學習中,在頭腦中建立一定數量的準確清晰的物理模型。在初中物理教學中,絕大部分知識內容都可以物理模型為基礎向學生傳授。
1.用類比法建立物理模型。有些物理現象、規律,我們無法直接展示給學生,這時若能用學生頭腦中已有的物理模型來類比,則可幫助學生建立新的合理的物理模型。例如,電壓和電流,對學生而言很陌生,也無法通過實驗來展示研究,但水壓和水流學生是比較熟悉的,教學時,可用水壓水流來類比,幫助學生建立電壓、電流的物理模型。
2.用虛擬法建立物理模型。有些模型在實際中是根本不存在的,但為了研究方便,可以形象地引入一個虛擬的物質結構或過程。例如,為了便于描述光的傳播,引入了光線;為了便于描述磁場,引入了磁感線。
3.重視實驗教學。物理是一門以觀察、實驗為基礎的學科,要讓學生多觀察、多實驗。實驗為物理概念和規律的建立奠定了表象基礎,在學生的腦海中形成了一個個具體的物理模型。有些物理概念和規律,學生在生活中很少感知,那么在主體和認識客體間就缺少必要的中介物。例如,在講電和磁的關系時,只有做好實驗,學生才能發現、理解電生磁、磁生電、磁場對電流的作用等物理現象,并形成清晰的物理模型。
4.注重實物、圖片、活動掛圖等的展示。人們對事物的認識過程,總是從感性認識到理性認識。心理學研究表明,人腦對事物的認識是從表象開始的。這就要求教師在教學中,要盡可能多地將實物、圖片等展示給學生,以形成表象基礎。
三、初中物理模型的構建程序
構建初中物理教學中的物理模型,要遵循由易到難、由淺入深、由表象到實質的人類認識規律,將一個復雜的科學理論轉化為直觀的事物,展現在學生面前,從而幫助學生理解消化物理知識,取得更好的學習效果。
1.分析研究對象原型特征。物理研究中對于模型的建立首要要求就是提取出正確的事物本質特征,能夠做出合理的抽象是成功的第一步。對實際問題的解決,建立相應的模型是一種非常明智的選擇。例如要建構“質點”這個模型,需要在開始之前就充分的認識到,質點在研究總具有何種意義,如何情況下可以使用這種簡化。
2.確定影響研究對象的主、次因素。對于主要矛盾的把握,是建立模型進行研究的根本性要求,對于次要問題的忽略,可以有效的凸顯出關乎事物發展的規律,從而更好的指導人們解決實際問題。如果建模過程中,對于主要矛盾和次要矛盾的把握不到位,那么不僅僅不會得出正確的結論,反而會把人帶入誤區。因此,對于事物發展過程中的主要因素和次要因素等方面的重視,是成功研究出問題的基本要求。這樣,對于學生創新思維的養成可以起到一個很好的推動作用,同時對于教師對于課堂內容和課堂節奏的把握都能夠提供必要的幫助。
3.把握住研究對象本質特征并做出合理抽象。通過上文的分析,我們可以清楚的認識到,本質和主要影響因素對于研究事物發展規律的重要性。從中,物理模型對于物理研究的重要性就不言而喻了。為了更好的解決實際問題,有必要要求物理研究表現出物理現象的本質,對于事物的本質和現象之間的聯系的揭示,是物理研究的重要內容。
參考文獻:
關鍵詞:梯度;物理模型;學習習慣
進入高中的學習生活之后,學生普遍認為高一物理難學,原因就是學生能力與高中物理教學要求的差距大。高一物理是高中物理學習的基礎,因此高中物理教師必須認真研究新課程標準、新教材和學生情況,掌握初、高中物理教學的梯度,把握住初、高中物理教學的銜接,才能提高高中物理教學質量,才能讓學生完成由初中到高中的過渡,進入高中的物理學習。
一、高中與初中物理教學的梯度
初中物理教學是以觀察、實驗為基礎,使學生了解力學、熱學、聲學、光學、電學和原子物理學的初步知識以及實際應用;高中物理教學則是采用觀察實驗、抽象思維和數學方法相結合,對物理現象進行模型抽象和數學化描述,要求通過抽象概括、想象假說、邏輯推理來揭示物理現象的本質和變化規律。初中物理教學以直觀教學為主,在學生的思維活動中呈現的是一個個具體的物理形象和現象,所以初中學生物理知識的獲得是建立在形象思維的基礎之上;而高中較多地是在抽象的基礎上進行概括,在學生的思維活動中呈現的是經過抽象概括的物理模型。
由于初中物理內容少,問題簡單,講解例題和練習多,課后學生只要背背概念、公式,考試就很容易了。而高中物理內容多而且難度大,各部分知識相互聯系,有的學生仍采用初中的那一套方法對待高中的物理學習,結果是學了一大堆公式,雖然背得很熟,但一用起來就不知從何下手,學生感到物理深奧難懂,從而心理上造成對物理的恐懼。高中物理對學生運用數學分析解決物理問題的能力提出了較高要求,在教學內容上更多的涉及到數學知識,物理規律的數學表達式明顯加多加深,例如:勻變速直線運動公式常用的就有10個之多,每個公式涉及到四個物理量,其中三個為矢量,并且各公式有不同的適用范圍,學生解題常常感到無所適從;解題方法有基本公式法、平均速度法、推論法、逆向思維法、比例法等。一些物理思想的培養也滲透其中。開始用圖像表達物理規律,描述物理過程;矢量進入物理規律的表達式。
二、如何搞好初、高中物理教學的銜接
1.重視教材與教法研究。高中物理教師不單是研究高中的物理教材,還要研究初中物理教材,了解初中物理教學方法和教材結構,知道初中學生學過哪些知識,掌握到什么水平以及獲取這些知識的途徑,在此基礎上根據高中物理教材和學生狀況分析、研究高中教學難點,設置合理的教學層次、實施適當的教學方法,從生活中事例出發,保護學生物理學習的積極性,使學生樹立起學好物理的信心。
2.堅持循序漸進原則。高中物理課程標準指出,教學中應注意循序漸進,知識要逐步擴展和加深,能力要逐步提高。
高中教學應以初中知識為教學的出發點逐步擴展和加深;教材的呈現要難易適當,多舉實例,要根據學生知識的逐漸積累和能力的不斷提高,讓教學內容在不同階段重復出現,逐漸擴大范圍和增加難度。
3.透析物理概念和規律。使學生掌握完整的基礎知識,培養學生物理思維能力,能力是在獲得和運用知識的過程中逐步培養起來的。
首先要加強基本概念和基本規律的教學,要重視概念和規律的建立過程,讓學生知道它們的由來;其次弄清每一個概念的內涵和外延及來龍去脈,要使學生掌握物理規律的表達形式的同時,明確公式中各物理量的意義和單位,規律的適用條件及注意事項。
4.物理模型的建立。高中物理教學中常用的研究方法是確定研究對象,對研究對象進行簡化建立物理模型,在一定范圍內研究物理模型,分析總結得出規律,討論規律的適用范圍及條件。
建立物理模型是培養抽象思維能力、建立形象思維的重要途徑,要通過對物理概念和規律建立過程的講解,使學生領會這種研究物理問題的方法;通過規律的應用培養學生建立和應用物理模型的能力,以實現知識的遷移。
物理模型建立的重要途徑是物理習題講解。講解習題時,要把重點放在物理過程的分析,并把物理過程圖景化,讓學生建立正確的物理模型,形成清晰的物理過程。物理習題做示意圖是將抽象變形象、抽象變具體,建立物理模型的重要手段,要求學生審題時一邊讀題一邊畫圖,養成良好的習慣。解題過程中,要培養學生應用數學知識解答物理問題的能力,學生解題時的難點是把物理過程轉化為抽象的數學問題,再回到物理問題中來。
為了提高學生的閱讀興趣與效果,教師可以根據教材重點設計思考題,使學生有目的地帶著問題去讀書,設計些對重點的、關鍵性的內容能激起思維矛盾的思考題,引起學生的思維興趣和思維活動,同時還可以充分利用電腦動畫再現物理情景。
總之,物理教師應該熟練駕馭教材,在教給學生知識的同時,注意培養學生的各種能力,讓學生學會獨立思考,建立正確的物理模型,養成良好的學習習慣,適應高中物理教學的要求,進入高中物理的學習。
參考文獻
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[2]李興英.高一新生心理適應能力調查分析[J].中國校醫
[3]鄭德輝.怎樣提高學生對高中物理的學習興趣[J].零陵學院學報
【關鍵詞】形象演示法;概念教學;初中物理
隨著物理教學理念的逐漸發展,形象演示法已成為物理概念教學的一種必要的教學方法。物理概念是整個物理學科的基礎,在物理概念教學過程中需要通過采取適當的教學手段讓學生直觀明了的學習、認識物理概念。許多物理教師在進行概念教學時,往往忽略了形象演示,直接將比較抽象的物理概念教給學生,造成了學生對物理概念理解困難,學習有障礙等問題,這不利于進行物理概念教學。形象演示法的實施,教師與學生都可以進行演示,還可以借助多媒體教學技術的幫助。
一、結合生活現象進行演示
所有的物理概念都來自于生活,利用形象演示法進行概念教學需要物理教師結合生活,從生活中的現象入手理解物理概念,這樣可以讓學生對物理概念學習更加輕松。物理概念多是抽象化、規范化的語言,單純地進行物理概念的教學會給學生的理解帶來很大的困難,許多物理教師在進行概念講解時,不能完全從學生的角度去看待問題,導致部分學生對于物理概念學習失去興趣,物理綜合水平不能夠得到有效的提升。因此,教師應該轉變教學理念,將生活作為形象演示法對象,提高學生對概念的理解能力。
以蘇科版初中物理第十三章“簡單電路”第四節“電壓和電流表的使用”這堂課為例:在使用電壓表之前,學生理解產生了疑問:到底什么才是電壓。然后我將電壓同生活中的水壓聯系起來向學生講解:電壓就像水壓一樣,電池就像個大水池,從電池里面流出來,就是電流,而電要流出來就要有壓力,這個壓力的大小就是電壓,同時我又將課本P71圖13-25做成動畫,利用多媒體播放讓學生觀察。通過我的講解和觀看動畫之后,學生一下子就理解了電壓的概念。有的學生提問:水管斷了水會繼續流,那么!電線斷了,電也繼續流嗎?我給他們解釋說:電線斷了,由于空氣是絕緣體,相當于把它堵住了,不會再流。學生對于電壓這個概念的理解,在生活中水壓的形象演示下,變的輕松、簡單,課堂效果也得到明顯提升。
二、物理實驗形象演示
物理實驗是物理概念教學中非常重要的一種教學方法,多數學生難以理解的概念可以通過實驗演示,讓學生明白物理概念中的實際含義,進而透徹的理解物理概念。對于一些難度偏大的物理概念,教師應該親自進行實驗的演示,讓學生在演示中觀察。對于一般難度的概念,老師要讓學生親自動手進行操作,在操作過程中可以發現物理概念中的一些細節。最終,通過物理實驗的形象演示,加強學生對物理概念的感悟、理解。
以蘇科版初中物理第十四章“歐姆定律”第一節“電阻”為例:書中電阻的概念是導體對電流的阻礙作用,然而學生不明白電阻具體是怎么阻礙電流的,于是,我讓學生準備干電池若干節、電阻分別為5Ω、10Ω、15Ω的電阻若干、導線若干等進行了一次物理實驗。實驗以小組的形式展開,每個小組利用電流表測出在相同電壓、不同電阻的情況下電路中的電流。經實驗得出,在電壓為3V的情況下,如果電路中的電阻分別為5Ω、10Ω、15Ω,則電流分別為0.6A、0.3A、0.2A、很明顯,電阻越大,電流越小。通過實驗演示,學生對于電阻有了較為深入的理解與認識。
三、多媒體形象演示
利用多媒體形象演示進行物理概念教學,是利用多媒體的各方面優點對物理教學中難以解釋的物理概念進行演示。許多學校物理實驗器材有限,學生不能親自操作實踐,這時教師要利用多媒體方便、快捷,聲色圖文并茂的特點進行演示。
以蘇科版初中物理教材第四章“透鏡及其應用”第三節照相機與眼睛為例:為了讓學生能夠理解實像和虛像兩個概念,我利用多媒體技術向學生演示眼睛成像模型與相機成像的光線傳播原理,學生看完多媒體演示之后,將虛像、實像的含義理解,也將對凸透鏡的一些原理有了基本的掌握。本次多媒體形象演示概念教學,贏得了許多學生的喜愛,課堂效果收效極好。
四、模型演示
物理模型演示法是最為形象直觀的概念教學方法,老師只需讓學生觀察模型,然后向學生講解模型中所蘊含的物理概念即可。學生在接受文字概念的時候,理解程度較淺,而在接觸到模型實體之后,則可以對物理概念產生深刻的印象,進而幫助學生分析物理概念,理解物理概念原理。
以蘇科版初中物理第七章“從粒子到宇宙”這堂課為例:為了讓學生能夠明白分子與分子之間是有間隙的這一概念,我讓學生利用高倍數的放大鏡觀察鋼筆寫的字體,學生發現筆跡是由一連串的小顆粒組成的。然后,我拿出事先準備的物理分子模型讓學生觀察,學生理解明白,原來組成物質的分子之間具有間隙。通過模型演示這樣非常形象直觀的方法,學生輕松掌握了分子之間有間隙這一概念。
形象演示法在初中物理概念教學中的應用,通過教師結合生活現象、物理實驗、多媒體形象演示以及模型演示等教學方法的實施,可以全方位的提高學生對于物理概念的理解。最終,為學生的物理學習奠定扎實的基礎,提高學生的物理整體水平。
【參考文獻】
[1]羅琴.如何保證初中物理演示實驗的有效性[J].中國校外教育,2010-09-10
一、重視初高中物理教學的銜接,改進學習高中物理方法
在教材的內容、教師教學的方法和學生學習的能力要求以及學生的思維方法等方面,高中與初中物理有著明顯的區別.初中物理教材的很多內容與日常生活現象有密切的聯系,學習過程中學生的思維方法是形象思維方式,這種思維方式的依據是自然現象和直觀實驗,學生極少應用抽象思維方式,而抽象思維是應用原理和概念進行的邏輯思維,高中物理是一門嚴密的,有著公理化邏輯體系的學科,對于高中學生的抽象邏輯思維要求很高.初中物理練習的特點一是對物理現象的有效解釋,二是用公式直接做計算題求出結論,這樣的練習不利于培養學生的物理解題能力.在物理學習內容的難度上,高中比初中有明顯的加大,物理現象的研究更趨復雜,與日常生活現象也沒有太大的聯系.教師要從實驗、建立物理模型和物理情境出發指導學生分析問題,探究問題,從多層次、多方面入手解決問題.教師要注重培養學生物理學科空間想象的能力,學會并掌握歸推理和演繹推理方法.例如,教學《加速度》,重點是讓學生理解和掌握加速度的物理意義.因此教師要總結歸納諸如,“速度”、“速度變化量”、“速度變化所用時間的慨念”、“單位時間內速度變化大小”等概念,先為學生掃清學習中的相關障礙.在布置學生練習中,必須把握好題型和難度:練習新學習的基礎問題在先,加深題目難度在后;分析物體受一個恒定加速度問題在先,分析物體加速度變化問題在后;研究單向運動問題在先,深入分析雙向運動問題在后.
在教學過程中,教師要使學生了解初中物理與高中物理之間的聯系和區別.在此基礎上優化學習方法,深化和遷移物理知識.高中教師應全面深入了解學生掌握初中物理知識的情況以及對物理分析的能力,把高中物理教材與初中物理教材分別研究的物理問題在文字表達的方式、研究的方法、思維形式與特點等方面進行比對,明確高中物理教材與初中物理教材聯系與差異;運用科學的教學方法,深化初中物理知識,促使學生有效地掌握高中物理知識,這樣就可以有效地降低高中物理學習的難度.教師應指導和要求學生認真地復習初中物理知識,在此基礎上指導學生建立學習、分析、研究高中物理的方法,用新的物理知識和新的學習方法來調整和替代舊的認識結構,以緩釋新知識給學生造成的心理壓力,讓學生認識到高中的新知識是初中舊知識的承啟和深化.
幫助學生建立一些物理模型是高中物理教學的一個特點.物理模型源自于實踐,其具有普遍的共性和一定的抽象概括性.高中物理難學,是因為學生習慣了初中階段的形象思維方式.他們只滿足于記憶概念、規律,而對得出結論的緣由過程則漠不關心;只會簡單性、參照性地解決一些物理問題,而不會借助觀察分析,構建現實情景的物理模型,再運用于相關知識體系去加以處理,最后解決問題.為了使復雜的問題簡單化,在研究物理現象的過程中高中物理往往忽視建立物理現象模型,使得物理概念抽象化.初中學生進入高中后,對物理模型的建立感到困難,這就需要教師多做實驗、多舉例子,以具體的物理現象使學生建立物理模型和對應的物理情景,從而加深對所學知識的理解.物理教師在教學過程中,要切實重視培養學生的建模意識,促使學生在解決物理問題的過程中,構建出清晰的情景條件的物理模型,并快速找到解決問題的方法,從而有效地培養學生創造性思維的能力.
二、集中精力提高聽課效率,強化課后有效總結復習
聽課過程中學生要集中精力注意本節課的重點知識和要解決的重點問題,對于重要知識點的例題,更要嚴格審題,尋找切入點,認真地理解物理情境和物理過程,重視分析問題的思路,掌握解決問題的策略,有效提高遷移知識和解決問題的能力.強化復習工作.教師要指導學生采取解題和復習相結合的方法,務必做好當天的復習,使上課內容得到有效鞏固,及時歸納所學章節的主要內容、解題思路、解題方法、典型題型、物理模型等.認真記載好本章節內做錯的題目,及時分析錯誤原因并糾正,把本章節最佳的解題思路、解題方法或例題以及未解決的存在問題記錄下來,以便今后再探討、再復習、再鞏固.
三、準確把握基本知識技能,正確設計處理練習題目
關鍵詞:初中物理教學;物理模型;作用
隨著蘇教版新課程改革的進行,教學方法的多樣化和創新化越來越受到人們的重視。眾所周知,物理是一門集科學性、計算性、變化性于一身的綜合性學科,同時還有著很強的抽象性與邏輯性,但它又不是沒有規律可循。俗話說“萬變不離其宗”,這句話用到物理這門學科上是再恰當不過了。而物理模型的存在能以其形象性與具體性等特征而強化學生對于所學物理知識的認知與理解。因此,在教學過程中必須強化物理模型的應用。本文,就關于初中物理教學中物理模型與作用問題,進行了深入分析。
一、初識物理模型
既然物理模型對我們的教學以及學習有這么大的幫助,那么什么才是物理模型呢?物理模型分為很多種。我們接觸一道題,首先是讀題目,在此過程中我們就可以建立一個關于題目的模型,比如說計算題實驗題還是簡答題,例題的目的就是解答。解答不能夠盲目地進行,我們必須對問題也進行分類,比如說是驗證型還是猜想型或者探究型。了解問題的題意及目的,接下來就是解題,在解題過程中建立解題模型對解題的準確性和快速性會有很大的幫助。因為有了模型我們就有了針對性,就可以省去很多的無用功,這無疑是磨刀不誤砍柴工。那么具體的物理模型有哪些呢?下面,筆者來做簡單的闡述。
二、物理模型的作用
我們明白了物理模型的建立過程,學會了如何應用物理模型,那么物理模型究竟有哪些驚人的作用呢?
(1)物理模型可以幫助學生們增強自信心。與其他科目相比,物理算是一門比較抽象的學科,許多知識都不易理解,甚至有時候會不知所云。物理模型可以幫助我們解決這個難題。面對陌生的題目,只要我們按照模型進行,答案都能夠很快浮出水面。這樣從短期看幫助了同學們解題,從長遠看更增強了他們的自信心。
(2)物理模型可以提高學生們的創新能力。我們要遵從事物的根本,但是更應該在遵從事物規律的基礎上謀求創新,因為落后就要挨打。在初中物理課堂上,我們可以借助建立物理模型的過程,鼓勵學生們進行創新。模型不是固定的,作為教師,我們要引導學生們向科學空白的領域發展。這樣不僅提高了他們的學習積極性,同時也培養了他們的創新能力。
(3)物理模型可以加強學生們團結合作能力??茖W的發展時間是漫長的,過程是艱難的。在這過程中我們就要求同學們進行合作,因為物理模型的建立就像是科學的發展,布滿了荊棘。只有同學們進行協作,成功的幾率才會更高。這樣不僅能夠建立物理模型,同時能夠增進師生之間的友誼。
三、物理模型分類
初中物理中,我們學習了電學、力學、光學和熱學。這些題目的解題方法都是不一樣的,但是每一類卻又是一樣的,這就要求我們學會總結,在總結中建立模型,提升自己。
(1)計算題中的物理模型。①某個電阻接在4V的電路上,通過它的電流是200mA,若通過它的電流為300mA時,該導體的電阻是多少?它兩端的電壓是多少?②把電阻R1接入電壓保持不變的電路中,通過R1的電流為2A,R1消耗的功率為P1,把R1和R2并聯接入該電路中,電路消耗的總功率為P2,且P2=2.5P1。若把R1與R2串聯后仍接入該電路中,電路中,電阻R2消耗的功率為7.2瓦,則電阻R1的阻值是多少?
上面兩道例題的特點分別是:一個電阻,電路是變化的;兩個電阻,電路是變化的。這類型的題目有個共同點,那就是由不變到變化。像這種問題,我們就可以建立一種新的解題模型:先解原電路,將原電路中所給信息全部挖掘出來后,進行新電路的計算,從而將問題中所需要的信息全部列出來。通過這樣模型的建立,我們可以有一個很清晰的思路,即碰到這種題目時候應該先算什么,后算什么,不致亂了陣腳。有的同學的空間想象能力很差,他們對于電路的構造不清楚。有了模型之后,就可以幫助同學們一步一步地將題解出來,達到豁然開朗的效果。
(2)實驗題中的物理模型。初中物理的另一個重點和難點就是實驗題。大家都知道,物理這門學科最早是從實驗發展起來的,所以說實驗才是物理之本。例如:小明家買的某品牌的牛奶喝著感覺比較稀,因此他想試著用學過的知識測量一下這種牛奶的密度,請你說說他應該怎么做?①首先明白實驗原理:漂浮條件,阿基米德原理。②然后選擇實驗器材:刻度尺,粗細均勻的直細木棒,一段金屬絲,燒杯,水,牛奶。③然后構思實驗步驟:在木棒的表面均勻地涂上一層蠟,并在木棒的一端繞上一段金屬絲做成密度計,用刻度尺測出其長度,再找來一個足夠深的容器盛水。將密度計放入盛水的容器中,使其豎直漂浮在水中,并測量出露出水面的高度h,然后利用浮力公式就可以將牛奶的密度計算出來了。
通過以上的例題,我們發現了一些規律并能夠總結出做物理實驗題的模型步驟。即首先最重要的就是明白實驗原理,只有懂得了道理才能進行下面的分析和計算。然后就是設計實驗,以及準備試驗中會用到的器材。做到這一步后,模型的部分已經基本上結束了。接下來就要看題目的要求了,只要我們按照模型的步驟進行,并且仔細閱讀題目,尊重出題者的意愿,即不要答非所問,相信物理實驗題將變得非常容易。
關鍵詞:物理;模型教學;實踐
中圖分類號:G427文獻標識碼:A 文章編號:1992-7711(2013)09-062-2
一、對物理模型的認識
1.創建“物理模型”的必要性。
從廣義上講,物理學中的各種基本概念和過程都可視作物理模型,如物質、長度、時間、空間等,因為它們都是以各自相應的現實原型(實體)為背景加以抽象出來的物理概念;從狹義上講,只有那些反應特定問題或特定具體事物的結構才叫物理模型,如我們初中階段提到的質點、勻速直線運動等,一般情況下,我們在物理教學中談的都是狹義上的物理模型。
物理學的目的在于認識自然,把握自然,而自然界中任何事物都與其他事物之間存在著千絲萬縷的聯系,并在不斷地變化著。面對復雜多變的自然界,人們著手研究時,總是遵循這樣一條重要的方法論原則,即忽略次要因素,抓住主要矛盾,或從簡到繁,由易到難,循序漸進,逐次深入。根據這條原則,人們在處理復雜的問題時,總是試圖把復雜的問題分解成若干個較為簡單的問題逐個突破。正是基于這個思維過程,人們創建了“物理模型”這一工具和概念來解決問題。
2.做物理習題中物理模型的重要性。
俗話說做人要有榜樣,做題要有例題和模型。做物理習題是學習物理的重要一部分,做習題時一樣能夠體會、了解物理學的思想方法和研究方法。以實際的物理問題為背景,通過抽象建立理想化模型,再應用已有知識、規律去求解,從而得到新的結論(規律),這對學生而言,就是一種創新思維活動。
教師要摒棄那種單一的重復操練,選擇一些靈活性、開拓性、應用性、發散性的物理例題、模型,使學生能夠通過自己的努力去研究、探索,并能夠及時的歸納和反思,這既能培養學生的創新能力,同時也能使學生在應試時表現出很強的競爭實力。
二、初中物理教學中有關物理模型的實例評析
1.把研究對象理想化的模型。
初中階段中出現的有光滑平面、真空、理想電壓表、電流表、點光源、光線、磁感應線、原子模型等。
象這種用來代替由具體物質組成的、代表研究對象的實體系統,稱為對象模型(也有稱為概念模型),也可理解成實際物體在某種條件下的近似與抽象,還有常見的如“力學”中有輕質繩子或輕質杠桿、輕質彈簧、輕質滑輪、輕質滑輪組等等。
近似與抽象具有理想化的含義,在物理教學中理想化實際上就是抓住主要因素,忽略次要因素,例如理想電壓表、電流表,在初中階段我們就認為電壓表的內阻是無窮大的,電流表的內阻是0。這是將研究的對象理想化的結果。
模型是對實際問題的抽象,每一個模型的建立都有一定的條件和使用范圍,學生在學習和應用模型解決問題時,要弄清模型的使用條件,要根據實際情況加以運用。比如一列火車的運行,能否看成質點,就要根據質點的概念和要研究的火車運動情況而定,在研究火車過橋所需時間時,火車的長度相對于橋長來說,一般不能忽略,所以不能看成質點;在研究火車從北京到上海所需的時間時,火車的長度遠遠小于北京到上海的距離,可忽略不記,因此火車就可以看成為質點。
2.把具體過程理想化的模型。
在八年級物理教材中介紹的伽利略斜面實驗,是一個理想實驗,它為牛頓第一定律的產生奠定了基礎。
可見理想化實驗并不是脫離實際的主觀臆想,它是以實踐為基礎,運用邏輯法則進一步揭示出客觀現象和過程之間內在邏輯聯系,并由此得出結論。
物理過程總是在一定條件下發生的,將條件理想化便可以突出主要的物理現象與過程,這就是過程模型方法。類似的還有我們在運動學中的勻速圓周運動、勻速直線運動、自由落體運動、簡諧運動等均屬過程模型。
在很多的實驗過程中,有些過程是相當復雜的。我們可以忽略次要矛盾,抓住主要矛盾,將一個復雜的物理過程抽象成為一個我們熟知的問題加以解決。例如在初中階段,我們還會遇到真空鐘罩模型、無阻力模型等等。
3.把圖象作為模型。
數學教學中的二維坐標圖中在物理教學中還有著以下重要的物理意義:一軸、二線、三斜率、四面積、五截距、六交點的含義是物理學習中很重要的。有的可表示為時間、路程,面積也可表示為位移等等。
物理運動學的教學中常通過st圖、vt圖像來比較運動的快慢,分析運動的種類。
電磁學教學中通過磁感線分布圖來比較磁場的方向和強弱。
實驗教學中還可通過作出圖象來探究某種規律:例如探究物質密度(物質質量與體積關系)要用到mv圖象;探究物質重力和質量關系時要用到Gm圖象;探究電流I與電壓U、電阻R關系時要畫IU、IR圖象等。
在各類習題中還出現的各種圖象:如初二下學期浮力教學中的F浮t圖象、F浮h圖象、F拉h圖象、電學中的PR圖象、PI圖象、PU圖象、IU圖象等。這些分別通過圖像的模型,找出各個物理量之間的(正比/反比/不變)關系。
三、新課程標準引導下物理模型教學的應用實例
1.直觀性模型的建立。
在第七章走進分子世界這一節內容中,提出科學家是如何弄清物質的內部結構的。他們是根據觀察到的現象提出一種結構模型的猜想,再收集證據來證實自己的猜想,從而弄清物質的內部結構的,從約翰?道爾頓提出了世界上第一個原子的理論模型、約瑟夫?湯姆孫突破性地從陰極射線中,發現了電子的存在。
1904年,湯姆孫創立了原子的葡萄干布丁模型。1911年,歐尼斯特?盧瑟福發表了盧瑟福模型核式結構。玻爾在行星模型的基礎上又提出了核外電子分層排布的原子結構模型。1926年奧地利學者薛定諤提出電子云原子結構的模型,這些模型的提出都是經過無數科學家努力很長一段時期的結果,隨著科技的進步,事物的發展都是不斷進步的。我們對這個世界的認識也越來越深,越來越貼近事實的本質。
2.概括性模型的建立。
抓住本質的東西加以概括,可以建立物理概括性模型。例如在電學教學中,電路圖實際就是一個畫在紙上的概括性實物模型。
在解決電學較復雜的電路問題時常常畫出等效電路圖等,也是概括性模型法。在探究并聯電路、串聯電路的電流、電壓、電阻的關系時,我們就認為導線電阻為0,從而得出并聯電路、串聯電路的電流、電壓、電阻的關系。
3.圖表式數學模型的建立。
數學是學好物理的基礎和工具,物理中有許多問題都可以用數學模型去研究和處理,教師要注意以下幾點,從而培養學生正確構建物理模型:
(1)讓學生養成根據物理概念和物理規律分析問題的思維習慣。在平常的教學過程中,教師應該著力引導學生學會結合具體描述的現象、給出的條件,確定問題的性質,同時抓住現象的特征尋找因果關系。這樣能為物理模型的構建打下基礎。
(2)理想化的方法是構建物理模型的重要方法,理想化方法的本質是抓住主要矛盾,近似的處理問題。因此在分析問題時應培養學生養成比較取舍的習慣。
1 掌握初高中物理學習能力要求上的不同
就教學內容而言,初中物理主要從物理現象入手,分析這些現象的一些基本原理和規律,知識內容較形象直觀;而高中物理則要求能在觀察實驗的基礎上抽象出理想化的模型,在構建好基本物理模型的基礎上,要求學生能分析出具體的物理過程,并利用恰當的方法和運用相關的規律解決具體的問題。教學內容比初中更深、更廣、更抽象,經過一段時間的學習后,許多重知識輕能力的弊端也充分地暴露出來。其次,從要求上來看,初中物理相對簡單,教學難度基本控制在大綱范圍內,對物理問題的解決往往停留在模仿、套用上,再作一些適當的拓展即可。而高中必須適應高考的要求,很大程度上要求學生有一定的自學能力、分析能力及知識遷移能力等。
2 有的放矢,增強信心,提高學習物理興趣
剛進入高中,學生懷揣著美好的憧憬,開始的一階段對物理學習還是比較感興趣的,但是隨著高中物理概念的抽象化和學生原有思維的定勢,對位移、加速度、運動的合成與分解等概念難以理解和接受,幾經檢測,成績有較大幅度的滑坡,于是乎有部分學生的意志就開始出現了動搖,尤其是牛頓運動定律的學習使部分學生喪失了物理學習的興趣。有些學習成績稍好點的學生也感到了很大的壓力。其實,仔細分析學生對物理學習態度的改變以及意志的部分喪失,我認為原因有三:一是思想準備不足,想當然的認為高中物理和初中物理要求差不多;二是教學模式的不同,初中階段的教學模式多般是“保姆式”、“手把手”,進入高中后一旦脫離老師的貼身式的指導和幫助,這種自主學習能力上的缺陷便逐步暴露出來。三是初高中物理知識點的銜接與有機遷移能力不強。而這三個方面中主動學習和信心不強則是重點原因。因此,如何提高學生的學習信心及培養學生主動學習應該是銜接教學過程中的一個不可或缺的內容。比如可以組織學生回顧在初中物理學習的過程中,總結初中物理學習的成功經驗,使他們在回顧中看到自己的進步與成長。并由淺入深,逐步建立信心來探究未知的規律。比如牛頓第一運動定律在初中物理中已學過,而牛頓第二運動定律是剛剛學習的內容,要特別提醒學生這兩個規律有著內在的聯系,但又有不同的前提, “牛頓第一運動規律”是物體不受力或所受合力為零的前提下始終保持靜止或勻速直線運動狀態,而“牛頓第二運動定律”是在物體所受外力及外力的合力不為零的前提下,物體的運動狀態就要發生改變,從而合理的引入了勻變速運動的概念及運用,通過對這個例子的分析,要使學生知道,原來我們學習的高中物理物理知識,與初中物理有著一定的關聯性,這樣才能做到真正意義上的承前啟后。從而達到增強學習物理的信心。另外還可以在平時的教學過程中引導學生先處理一些較為簡單的問題,而后再逐步深入拓展,不要讓學生覺得物理很難,在高中物理的起跑線上切記不要過多的設置障礙,還有就是要在教學中多舉一些學生熟悉、感興趣的事例來分析和講解物理。使學生能從具體事例中認識到學習物理的重要,感受到物理就在我們身邊,體會成功的喜悅,產生學好物理的濃厚興趣。
3 注意學生初中階段物理知識的殘漏,結合實際進行針對性教學
相當數量的高中物理教師,大學畢業分配后便直接進入高中物理教學的行列,對于學生已有的初中物理知識的背景、體系及要求知之甚少,這就造成教師對學生過去的了解處于空白狀態。近年來,為了減輕初中生的學業負擔,初中教學大綱也在作部分調整,在能力培養、知識面的拓展上有所加強,淘汰了一些過于繁瑣、陳舊的內容,降低了部分章節的運算難度。作為高一物理老師,應準確了解這一情況,進行必要的補缺補漏,如對物體的受力分析,初中處理的大都是物體在靜止或勻速直線運動狀態下的力學問題。而物體的受力分析是力學的基礎知識,是高一乃至整個高中物理教學的重點知識。所以對物體的受力分析在高一學習階段就需要花大力氣給學生補上漏缺的內容,讓學生掌握受力分析的方法,掃除障礙,并運用平行四邊形法、正交分解法,將物體的受力有機的分解到水平、豎直,然后再拓展到其它方向,最終確定合力的大小和方向,為解決具體問題掃除障礙,為學生進一步學習打好基礎。同時教師還應了解每個學生在初中階段的學習情況,了解其物理基礎,這同時還要注意新舊知識的聯系,在教學中才能做到因材施教,有的放矢,取得較好的教學效果。高一學習的大部分內容都是在初中基礎上發展而來的,故在引入新知識、新概念時,注意對舊知識的復習,用學過的熟悉的知識進行鋪墊和引入。鑒于學生的年齡特征、認知水平,有些問題在初中并沒有講深講透,例如在學習摩擦力時,部分學生在思維上形成定勢,總認為“摩擦力是阻力,方向總跟物體的運動方向相反”。為此,我們還需在原有的基礎上對教學內容進行適當的拓展和加強,幫助學生消除錯誤的認識,確立摩擦力并不是在任何情況下都是“阻力”的印象。另外,我還覺得高中物理教師必須熟悉初中物理教材及教學大綱,如果有條件的還要走進初中物理教學的課堂,這樣才能做到真正意義上的“承上啟下”。
4 由淺入深,循序漸進,實現由基礎現象到構建模型的順利轉變