构建物理模型的障碍及其教学策略

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构建物理模型的障碍及其教学策略
孙月章
所谓“物理模型”，就是用图像的形式对物理事实、物理现象进行一些有意义的简化描述。一个物理模型应简约表明物理原型的结构、或物理过程重要的组成部分以及各部分之间的相互关系。物理模型具有两个重要特征：⑴简约性。模型不是现实，是对现实的抽象化，是经过去粗取精，去伪存真，忽略次要因素，突出主要因素的简化描述。⑵再现性。它能把现实通过简单的叙述而再现，是物理分析、研究的“半成品”。
构建物理模型是中学物理教学内容的重要组成部分，是分析、研究、解决物理问题的前提和基础。教学中能否引导学生正确而有效的构建物理模型，直接影响着深刻理解物理事实，创设物理情景、准确把握物理规律等。因此构建物理模型在教学中占有十分重要的地位。
一，构建物理模型的障碍
1，知识基础不足
有人说：物理学从建立的那一天起就是一门既有实验观察，又有以数学为手段的理论思维的严格科学。因此缺乏构建物理模型必备的数学知识、物理知识和作图技巧是形成建模的障碍之一。如高一学生在作两物体追击或相遇的图像时就感到很困难，但学生可以口述各物体的运动过程，就是无法用图像描述，这是因为缺乏作图技巧。又如分析地球的自转对重力的影响时，学生就感到无所适从，其原因有三；一是缺乏空间想象能力，二是缺乏物理知识，不能描绘物体运动的轨迹。三是我国理科教学从小学开始就侧重于理性的、逻辑的、定量的训练。而对抽象的、形象的、定性或半定量的训练偏少。
2，实物原型的影响
学生在学习物理前就在生活实践中接触了大量的物理现象，获得了一些感性印象，形成了一些初步的实物原型印记。在构建物理模型时，由于受知识的限制，这些印记会自自觉不自觉的再现，常使学生进入实物原型的误区。例如不加分析的把拉力（推力）方向画的与物体运动方向相同，把摩擦力的方向画的与物体运动方向相反。又如在作人骑自行车运动的受力图时，画上人对自行车踏板的力。
3，负迁移的干扰
由于物理模型的抽象性导致在构建物理模型中存在一些相似、相近的模型，随着知识总量的增加，辨别这些相似、相近的物理模型也越来越困难，负迁移的干扰也常成为构建物理模型的障碍之一。如电场和磁场，电动机与发电机，离子选速器与磁流体发电机，带电粒子在电磁场中偏转等。
此外，学科之间的横向联系也能产生负迁移。如电子云与氢原子模型。先前建立的物理模型有时也会产生消极的影响，妨碍新模型的构建。反之后构建的模型也会对先前的模型产生干扰，致使新旧模型混淆不清。
4，直觉思维受阻
直觉思维就是人脑对突然出现在其面前的新事物、新现象、新问题及其关系的一种迅速识别、敏锐而深入的洞察、直接的本质理解和综合整体的判断。构建物理模型离不开直觉思维。学生之所以觉得物理难学，主要是直觉思维受阻。不能正确而有效的构建物理模型或对已有的物理模型进行识别、理解和整合，导致学生学习物理“一听就懂，一看就会，一做就错”，最后失去对物理学习的兴趣。美国康奈尔大学的卡尔•萨根认为：如果没有右脑直觉对新模式的推断，即使一个决定性的思想也不会有结果，并且注定要失败。
二，教学策略
1，建立民主、和谐、合作的教学氛围
长期以来，由于受传统教学模式的影响，高中物理课堂教学成了教师的“一言堂”，缺乏必要的民主氛围。学生之间也是竞争多，合作少，严重抑制了学生构建物理模型的主动性、创造性。新课程要求教师转变教育理念，营造一个民主、和谐、合作的教学氛围。在这个氛围中，教师不是模型的发现者、拥有者，而是构建模型过程中的组织者、引导者、参与者。学生可以发表各种不同的见解和观点，甚至有些与教师的观点相佐。同时学生之间也可以讨论、交流、共同研究、解决问题。这样就把学生由传统的旁听者转变为参与者，把学习上的竞争对手转变为相互协作的伙伴。从而达到提高学生构建物理模型的主动性、创造性之目的。
2，培养直觉思维
我国著名的物理学家、教育家赵凯华教授说：“物理大师都有很强的物理直觉，因为他们掌握了鲜明的物理图像。定性和半定量的方法有助于培养物理直觉能力，这也是科学素质教育的重要组成部分”。那么怎样培养学生的直觉思维能力呢？
（1），运用直观手段。直观手段是指在物理模型的构建过程中，教师有计划、有目的利用实验演示、或通过实物模型（包括图片）展示、或现代化教学手段等方式，为物理模型的构建提供丰富的物理情景。例如在学习机械波时，教师可通过演示实验，帮助学生了解质点振动与波的关系，进而形成波的图像。现代化教学手段的运用，更是为物理模型的构建提供了便利。
（2）安排一定的直觉思维时间，引导学生猜想。牛顿说；“没有大胆的猜想，就做不出伟大的发现”。卢瑟福关于原子的核式结构模型、麦克斯韦的电磁场理论、爱因斯坦的光电效应方程等都是根据一定的物理事实进行的猜想和假设，然后用事实证明的。在构建物理模型的过程中，有意识的安排一定时间让学生通过观察与实验、归纳与类比、联想与想象进行大胆猜想。这本身也是探究式教学的一种方式。
3，加强物理模型构建过程中的正迁移
相似的物理模型之间有许多本质的不同，不同的模型之间又有许多惊人的相同。如细线、轻杆和弹簧（或橡皮筋）、晶体和非晶体，机械振动和机械波等。因此在物理模型构建的过程中要及时的进行比较、归纳和总结，把握本质和规律，不被表面现象所迷惑。要善于从整体上用联系的观点、发展的观点认识物理规律，把握事物的动态变化。从而达到构建物理模型过程中的正迁移。使学生能够做到举一反三、触类旁通，创造出全新的物理模型，实现认识上的第二次飞跃。
综上所述，构建物理模型要充分重视模型的构建过程，充分重视学生对过程的参与，努力体现“以人为本”的教育理念，这才能激发学生的学习兴趣，养成良好的建模习惯，最后形成一种品质。