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【論文摘 要】本文首先分析了物理模型在物理學及其發展中的重要性,然后結合初中物理教育和教學的特點分析了物理模型在初中物理教育教學中的重要意義,接下來本文又把初中物理模型按不同類型逐一分析,最后給出了方法論意義。
模型在我們日常生活、工程技術和科學研究中經常見到,對我們的生產生活有很大幫助。物理學研究具有復雜性。怎樣發現復雜多變的客觀現象背后的基本規律呢?又如何簡單的表達它們呢?人們有幸在漫長地實踐活動中找到一些有效的方法,其中一個就是:在具體情況下忽略研究對象或過程的次要因素,抓住其本質特征,把復雜的研究對象或現象簡化為較為理想化的模型,從而發現和表達物理規律。
既然物理模型是物理學研究的重要方法和手段,物理教育和教學中對物理模型的講述和講授就必不可少。建立物理模型就要忽略次要因素以簡化客觀對象,合理簡化客觀對象的過程就是建立物理模型的過程。根據簡化過程和角度的不同,將物理模型分為以下五類:物理對象模型、物理條件模型、物理過程模型、理想化實驗和數學模型。【1】下面我們逐個加以說明。
(一)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。作為例子,我們詳細分析質點。質點,就是忽略運動物體的大小和形狀而把它看成的一個有質量的幾何點。其條件是在所研究的問題中,實際物體的大小和形狀對本問題的研究的影響小到可以忽略。這樣以來,很多類型的運動的描述就得到化簡。比如所有做直線運動的物體都可以看成質點。因為作直線運動的物體的每一個部分每時每刻都做同樣的運動,所以就可以忽略其大小和形狀,而只找這個物體上的一個點作為概括,當然這個點的質量等于物體本身的質量。這樣,直線運動物體的運動軌跡就是一條直線,很容易想象、理解和刻畫。很多具體例子都可以這么做,例如以最大速度行駛在筆直鐵軌上的火車,沿著航空路線飛行的客機,從比薩斜塔上下落的鐵球,等等。
(二)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。即:動力×動力臂=阻力×阻力臂。動力和阻力都包括桿以外的物體對杠桿的作用力,還包括桿本身的重力。而桿重力的力臂在桿上的每一點都不同,這樣除了桿的形狀是幾何規則的少數例子以外的絕大部分杠桿問題在初中階段就沒法解決。而輕質桿的引入正好解決了這一問題。輕質桿是忽略了自身重力的彈性桿。當外界物體對杠桿的力矩遠遠大于桿自身重力的力矩或者桿自身重力的力矩相互抵消時,就可以把桿當成輕質桿,杠桿受到的力矩只有外力矩,這樣所有杠桿平衡問題都可以迎刃而解。
(三)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。
(四)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【2】。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。伽利略的斜面實驗有許多,現在舉其中的一個例子,同樣的小球從同種材料同樣高度的斜面上滑下來,在摩擦力依次減小的水平面上沿直線運動的路程依次增大。伽利略由此推知:小球在沒有摩擦的水平面上永遠做勻速直線運動(在理想條件下的物理現象)。牛頓又在此基礎上建立了牛頓第一定律。無需多論,也足以見得理想實驗的強大力量。
(五)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。【3】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。
物理模型在初中物理教育與教學中起到舉足輕重的作用,因此,在教學中我們就要重視對物理模型概念和具體模型(例如上文分析的模型)的講述,重視對建立物理模型方法的講授,重視對學生建立和應用物理模型意識的增強,重視對學生建立和應用物理模型能力的培養,讓學生體驗到成功建立和應用物理模型解決實際問題的快樂。
參考文獻
【1】劉玉勝,物理模型在教學中的運用,東平縣實驗中學。
關鍵詞:高一 物理教學 梯度 教學銜接
對于剛跨入高中大門的同學來說,由于高中物理教材與初中物理教材的差異較大,原有的學習方法已不適應。因此,在以后的學習中應培養更好的學習方法和養成良好的學習習慣。我從實際教學工作中總結了一些學好高中物理的方法,同大家探討,以求共同進步。
一、理清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,在教學內容上更多地涉及到數學知識,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,學生在解題常常感到無所適從;開始用圖象表達物理規律,描述物理過程;矢量進入物理規律的表達式。
二、做好初中與高中物理教學的銜接
(一)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,降低"階差",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。
(二)堅持循序漸進原則
高中物理教學大綱所指出,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,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。
(三)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。
(四)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,習題講解要注意解題思路和解題方法的指導,有計劃地逐步提高學生分析解決物理問題的能力。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,教學中要幫助學生闖過這一難關。
(五)學習習慣培養
教育家葉圣陶先生指出:“教育的本旨原來如此,養成能力,養成習慣”,培養學生良好的學習習慣是教育的一個重要目的,也是培養學生能力、實現教學目標的重要保證。如何培養良好的學習習慣,首先是要培養學生獨立思考的習慣,獨立思考是學好知識的前提,學生經過獨立思考,就能很好地消化所學知識,才能真正想清其中的道理,從而更好地掌握它。其次培養學生自學能力,使其具有終身學習的能力,閱讀是提高自學能力的重要途徑,閱讀是對學生進行智育的重要手段,閱讀物理教材不能一掃而過,而應潛心研讀,邊讀邊思考,挖掘提煉、對重要內容反復推敲,對重要概念和規律要在理解的基礎上熟練記憶,養成遇到問題能夠獨立思考以及通過閱讀教材、查閱有關書籍和資料的習慣。
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,在教學內容上更多地涉及數學知識,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,學生在解題時常常感到無所適從;開始用圖象表達物理規律,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,降低“階差”,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
高中物理教學大綱所指出,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,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,習題講解要注意解題思路和解題方法的指導,有計劃地逐步提高學生分析解決物理問題的能力。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,教學中要幫助學生闖過這一難關。
5.學習習慣的培養
教育家葉圣陶先生指出:“教育的本旨原來如此,養成能力,養成習慣。”培養學生良好的學習習慣是教育的一個重要目的,也是培養學生能力、實現教學目標的重要保證。如何培養良好的學習習慣,首先是要培養學生獨立思考的習慣,獨立思考是學好知識的前提,學生經過獨立思考,就能很好地消化所學知識,才能真正想清其中的道理,從而更好地掌握它。其次培養學生自學能力,使其具有終身學習的能力,閱讀是提高自學能力的重要途徑,閱讀是對學生進行智育的重要手段,閱讀物理教材不能一掃而過,而應潛心研讀,邊讀邊思考,挖掘提煉、對重要內容反復推敲,對重要概念和規律要在理解的基礎上熟練記憶,養成遇到問題能夠獨立思考以及通過閱讀教材、查閱有關書籍和資料的習慣。
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,設計一些對重點的、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現代信息技術,利用電腦動畫再現物理情景。同時強調科學記憶,反對死記硬背,準確的記憶是正確應用的基礎,理解是物理記憶的關鍵,對比聯系是記憶的有效方法,將所學知識與該知識應用的條件結合起來,形成條件化記憶才能有效地用來創造性地解決問題。
一、控制變量法
物理學中對于多因素(多變量)的問題,常常采用控制因素(變量)的方法,把多因素的問題變成多個單因素的問題。每一次只改變其中的某一個因素,而控制其余幾個因素不變,從而研究被改變的這個因素對事物的影響,分別加以研究,最后再綜合解決,這種方法叫控制變量法。它是科學探究中的重要思想方法,廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。
在初中常見實例如:探究琴弦發聲的音調與弦粗細、松緊、長短的關系等;探究影響力的作用效果的因素;探究滑動摩擦力與哪些因素有關;探究二力平衡的條件;探究壓力的作用效果與哪些因素有關;探究液體內部的壓強與哪些因素有關;探究浮力的大小與哪些因素有關;探究動能(或重力勢能)與哪些因素有關等;探究影響液體蒸發快慢的因素;探究物體吸熱與物質種類、質量、溫度變化的關系等;探究影響電阻大小的因素;探究電流與電壓、電阻的關系;探究影響電流做功多少的因素;探究影響電流的熱效應的因素;探究電磁鐵的磁性與哪些因素有關;探究影響感應電流方向的因素;探究通電導體在磁場中受力的方向與電流的方向、磁感線的方向的關系等。
二、轉換法
物理學中對于一些看不見摸不著的現象或不易直接測量的物理量,通常用一些非常直觀的現象去認識或用易測量的物理量間接測量,這種研究問題的方法叫轉換法。所謂“轉換法”,主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象;將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題;將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量的方法。初中物理在研究概念規律和實驗中多處應用了這種方法。
在初中常見實例如:可以通過敲動音叉所引起的乒乓球的彈開來說明發聲體在振動;影子的形成可以證明光沿直線傳播;月食現象可證明月亮不是光源;物體發生形變或運動狀態改變可證明此物體受到力的作用;在測量滑動摩擦力時轉換成測拉力的大小;通過小桌陷入沙坑的深淺來比較壓力的作用效果;馬德堡半球實驗可證明大氣壓的存在;運動的物體能對外做功可證明它具有能;研究影響動能大小的因素時,物體動能的大小無法直接測量和比較,通過比較物體滾到斜面底端對其它物體做的功的多少,間接比較動能的大小;擴散現象可證明分子做無規則運動;鉛塊實驗可證明分子間存在著引力;霧的出現可以證明空氣中含有水蒸氣;用加熱時間長短來顯示吸收熱量的多少;研究電流時通過電流的熱效應和磁效應去研究;研究磁場時用放在磁場中的磁體會受到力的作用去研究;指南針能指南北可證明地磁場的存在;可以通過電磁鐵吸引鐵釘的多少來顯示電磁鐵的磁性強弱等。
測量儀器:秒表、電流表、電壓表、電阻表、彈簧測力計、氣壓計、微小壓強計、溫度計、托盤天平、電能表、測電筆等都是轉換法的體現。
三、等效替代法
等效替代法是在保證某種效果(特性和關系)相同的前提下,將實際的、復雜的物理問題和物理過程轉化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理的方法。
在初中常見實例如:把不易分析的復雜電路簡化為簡單的等效電路;研究串、并聯電路電阻的關系時引入總電阻(等效電阻)的概念;研究同一直線上二力的關系時引入合力;在研究平面鏡成像實驗中,用兩根完全相同的蠟燭,用未點燃的蠟燭等效替代另一根點燃的蠟燭的像,用玻璃板等效替代平面鏡等。
四、建立模型法
即將抽象的物理現象用簡單易懂的具體模型表示。在初中常見實例如:研究運動時建立勻速直線運動的模型;研究液體壓強時用液柱模型;研究連通器原理時用液片模型;用簡單的線條代表杠桿;研究光現象時用到光線模型;研究磁現象時用到磁感線模型;電路圖是實物電路的模型;研究肉眼觀察不到的原子結構時建立原子核式結構模型等。
五、類比法
在認識一些物理概念時,我們常將它與生活中熟悉且有共同特點的現象進行類比,以幫助我們理解它。在初中常見實例如:內能與機械能類比;用彈簧連接的小球類比存在著相互作用力的分子;在研究電流時,用水流進行類比;認識電壓時,用水壓進行類比;用抽水機類比電源;原子結構與太陽系;水波和電磁波等。
六、理想實驗法
理想實驗法是在實驗基礎上經過概括、抽象、推理得出規律的一種研究問題的方法。
在初中常見實例如:伽利略斜面實驗;推導出聲音不能在真空中傳播;推導出牛頓第一定律;推導出電荷的種類等。
七、比值定義法:
比值定義法就是用兩個基本的物理量的“比”來定義一個新的物理量的方法。
在初中常見實例如:速度、密度、壓強、功率、比熱容、熱值、電流等概念公式采取的都是這樣的方法。
八、積累法
在測量微小量的時候,我們常常將微小的量積累成一個比較大的量。
在初中常見實例如:測量一枚大頭針的質量;測量出一張郵票的質量;測量出心跳一下的時間;測量出導線的直徑等。
九、比較法
比較法是通過對不同的物理概念、定義或事物進行比較,發現它們之間的內在聯系和根本區別,找出研究對象的相同點和不同點,從而進一步揭示事物的本質屬性,它是認識事物的一種基本方法。
在初中常見實例如:比較慣性和慣性定律的區別;比較蒸發和沸騰的特征;比較汽油機和柴油機的結構和工作原理;比較發電機和電動機的結構、原理、能量轉化;比較電壓表和電流表的使用規則等。
十、歸納法
歸納法是從個別性知識,引出一般性知識的推理,是由已知真的前提,引出可能真的結論。
在初中常見實例如:在日常生活中了解到各種聲音都是由于物體振動產生的,從而歸納出:一切發聲體都在振動的結論;通過銅、鐵、鋁、銀等金屬能導電歸納出金屬都能導電等。
十一、圖象法
關鍵詞:物理概念和規律;物理方法;物理模型
新課改背景下的物理教學,教師的作用不應該是“知識傳授者”,而應成為學生學習活動的促進者、啟發者、質疑者和示范者,充分發揮“導向”的作用。因此,中學物理教學應遵循中學生思維發展的規律,根據初高中學生思維尚未成熟前可塑性大的特點,著力培養學生的思維能力,使他們掌握研究物理的思維方法。下面我結合教學實踐,從研究物理的思維方法方面談談在新的課程理念下,如何使學生盡快適應高中物理教學特點和學習特點。
1.進行知識上的復習與補充
高中教師在講到相關章節時,應先對初中的知識進行復習。高一新生來自不同層次的學校,通過復習,讓他們站在同一起跑線上有充分的心理準備,對本章節的學習也起到承上啟下的作用。
還可適當補充一些必備的數學知識,為學生解題掃除一些障礙。例如斜率的概念、三角函數、數列求和、求極值等等,有些是高中要學但還未學到的知識點。只有把握好高中在哪些方面更深更廣了,哪些方面提法更嚴密了,從而適時地分散難點,突出重點,才能有意識地減緩初高中知識內容銜接的陡度。初中物理只介紹一些較為簡單的知識,高中物理則注重更深層次的研究,初中物理注重定性分析,高中物理則注重定量分析.如物體的運動,初中只介紹到速度及平均速度的概念,高中對速度概念的描述更深,速度是矢量,速廢的改變必然有加速廢,而加速度又有加速和減速之分。又如摩擦力,初中只講增大和減少摩擦的方法,好理解。高中則要分析和計算摩擦力的大小,且靜摩擦力的大小一般要由物體的狀態來決定。
2.講清講透物理概念和規律
培養學生的能力是物理教學的落腳點。培養能力首先要講清講透概念和規律。對每一個概念和規律要弄清它的內涵和外延,弄清來龍去脈,弄清規律的性質、單位、適用條件及注意事項。如力學中的合成和分解。運動學中速度的變化量和變化率、動量和沖量、理想氣體與真實氣體等,都是既有聯系又有區別的。又如摩擦力,高中僅其方向的判定就是一個難點,“摩擦力總是阻礙物體的相對運動(或相對運動趨勢)”。首先要找到分清是相對哪個面,其次要用到運動學的知識判斷相對運動(或相對運動趨勢)的方向,然后才能找出力的方向,有一些問題中還要用物體平衡的知識能才得出結論。
3.建立合理的物理模型
高中教材中,要建立大量的物理模型,如“質點”、“單擺”、“理想氣體”、“點電荷”、“核式結構”等都是理想模型,還有大量的理想化過程,如“勻速直線運動”、“簡諧振動”、“子彈木塊模型”“人船模型”、……建立合理的物理模型和理想化過程,是處理較復雜的物理問題時采用的具體分析、合理簡化、科學抽象的方法,有利于思維能力的培養.近幾年高考中出現的信息題信息量多,題目看似新穎,則要求學生能從大量的信息中找出有用的數據,建立簡化模型和理想化過程,從而迅速找到解題思路。
4.滲透物理方法和物理思想教學,使學生盡快入門
學好物理,入門非常重要。物理是一門規律性很強的學科,包括其內容和研究方法。教師在教學中要時刻注意滲透物理思想與方法教學。高中物理常用的研究方法是: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其注意事項。高一物理中的平行四邊形定則,牛頓第一定律的建立都是如此。引導學生一次又一次地從物理情景和過程之中建構物理模型的過程中,學生的概括能力、分析能力就會逐步提高、不斷強化。
物理思想的建立與物理方法訓練的重要途徑是講解習題。對于高一學生來說,在解題的過程中常見的問題是不加分析、瞎套公式。針對這種情況,教師在講解習題時重點要講清解題思路和解題方法,切記認為問題簡單,直接在黑板上寫出公式。要詳細分析物理過程,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。為了將抽象的情景和過程具體化、形象化,高一開始我們就要使學生養成畫圖的習慣。受力分析要畫力的圖示,運動學要畫過程圖,動力學要求畫受力與運動過程示意圖,這樣形象直觀,便于分析歸納。
5.加強課外輔導
正確指導學生課前預習和課后復習,培養自學能力,養成學生分類、歸納、總結的習慣,積極開展多種形式的第二課堂活動;高一之初的練習應難度小,要求嚴,不搞超出課本要求的內容和習題;對于格式、步驟、單位應用、必要的分析語言等方面嚴加要求,以規范的步伐上好“引橋”;關心差生,防止過早兩極分化,爭取大面積提高教學質量。具體做好以下工作:
(1)接近、關心差生,不歧視,不傷害其自尊心。
(2)對成績雖差,但學習態度認真的學生,應從學習方法上多指導。
(3)及時發現和糾正學生學習中困難,針對學生情況采取不同措施進行教學,“削峰為谷”,為差生鋪平前進道路,力爭做到教學內容的當堂鞏固,分章、分節步步為營,章章節節過關。高一的各種類型的考試,試題一般不要太難,優秀率、及格率適當大些,避免挫傷大部分學生學習物理的積極性。
實踐證明,盡管高一物理難學難教,但只要把握高一學生物理知識儲備的實際情況和學習能力的特點,注意教學以學生為主體,以暴露物理思想過程為核心,以強化反饋為手段,面對實際,講求實效,注意高一物理與初中物理內在的延續性與階梯性,就能很好調動學生的學習積極性,激發學習興趣,全面培養學生的思維能力,提高物理教學質量。這對學生以后形成良好的思維品質、解題習慣和分析方法也是十分有益的。
參考文獻
[1] 俞曉琳.教育研究,2009.7.
一、物理情景
建立物理模型的基礎是建立相應的物理情景,這是從實際生活中提取的生活片段,我們可以從這些有效的片段里進行篩選,然后創建有效的物理情景,從而引導學生思考,并讓這種學習方式貫徹到整個物理學習中,達到讓整個物理知識根深蒂固的效果。
例如,教材中常常見到像這樣的標題:
1.人為什么能在冰面上滑行?
2.在地面上滾動的足球、關閉發動機的車輛最后都會停下來,這是為什么?
3.汽車的輪胎上為什么有凹凸的花紋?
4.足球守門員為什么要戴上手套?
5.登山運動員為什么要穿防滑靴?
這些都是取自滬科粵教八年級物理下冊的一個小片段。僅僅摩擦這一個知識,就集中提到了與摩擦力相關的五個問題,就是為了讓我們從身邊發現這些物理知識,從而建立物理情景。
建立物理情景其實還是將物理問題還原成物理過程的有趣現象。在物理課堂上,我們需要分析的物理問題一般都不是單一的,它們之間相互聯系又相互制約,我們應當取簡去繁,從中把握物理模型的重點,為建立物理模型邁出實質性的一步。并同時,在腦海中或者圖紙上構建物理模型,用這種方法,不但可以培養學生形成物理思維一種能力,也能培養學生在解決實際問題中用物理方法的一種現實、有效、可行的途徑。
二、物理模型
物理模型是物理問題的抽象和概括。既然是物理模型,自然考慮的理想化一點,不過物理模型一般都能代表一類物理現象,而且具有典型性。從建立物理模型的角度考慮問題的時候,我們應該突出物理問題的主要本質,省去一些干擾因素和次要因素。也就是說抓住了事物主要矛盾,從而忽略掉次要矛盾。物理模型是處理物理問題的一種簡單有效的方法,很容易被學生所接受,而且易于學生去學習。運用物理模型,使學生能夠更好地理解物理知識,從而觸發他們探索物理知識的欲望,使其更全面地了解物理知識以及深化理解。這樣一來既提高了學生學習物理的興趣和能力,還能鍛煉學生的邏輯思維能力。
初中物理,更多的是圖解一些現實中的物理現象,所以,我們更多的是需要加強學生的自我學習能力,以及提高學生對學習初中物理的濃厚興趣。初中的物理模型,一般反映著生活中的一些自然規律以及應用,由模型來將物理現象簡化,使得我們研究物理問題變得更加簡單。盡管我們考慮問題過多的理想化,忽略了很多現實問題,但是他對我們處理實際問題的時候,還是有所幫助的。物理模型,也是學生樂于接受的一種學習方法,這對學生的思維以及判斷能力都有所幫助。
三、課堂上的應用
為了讓物理課堂變得生動有趣,我們可以在物理講課中再現一些物理現象,用這些現象來引起學生對大自然中物理知識的好奇心,從而培養學生的學習熱情。針對物理知識在生活中的應用,一些優秀的老師都已經找出了一些行之有效的學習方法。例如,有的教師將物理情景以及物理模型編成一些好記好背的口訣,讓學生在學習的時候,能夠再現物理學習中的場景,以及生活中一些應用的實情,從而使學習達到根深蒂固的效果。
例如,電路連接圖的模型口訣:
先判串聯和并聯,電表測量然后判;
一路通底必是串,若有分支是并聯;
A表相當于導線,并聯短路會出現;
如果發現它并源,毀表毀源太凄慘;
若有電器與它并,電路發生局部短;
V表可并不可串,串時相當電路斷;
如果發現它被串,電流為零應當然。
四、在物理課堂中構建物理情景以及物理模型的作用
物理情景和物理模型的建立,可以使抽象的物理知識更加貼近于現實的實際生活,更貼近學生的生活經歷,使學生在學習物理知識的時候能夠感覺到親切和真實。這樣既豐富了物理課程的形式,又能在新教材中進行研究性學習和探索性實踐的過程中,讓學生在較短的物理課堂上,掌握更形象和豐富的知識,建立物理模型是物理教學中一種行之有效的方法。
物理情景與物理模型的建立,是將最基礎和典型的物理現象講解給學生聽,讓學生能夠從老師的講解中了解到物理現象是怎么發生的,并將這種建立出物理情景和物理模型在課堂中再現給學生看,從而讓學生理解對物理現象的看法,從正確的方法入手去了解整個物理現象,然后根據自己所了解的物理現象去推測物理現象中所涉及到的物理知識,并將這些知識再現成物理情景,再對這些情景編輯成有效的物理模型,當然了,這是學生學習物理的必然過程。而我們老師要做的就是把這種研究方法和處理問題的方法展示給學生看,讓學生理解物理情景和物理模型在處理物理問題的時候所發揮的積極、有效的作用。
五、注意問題
物理情景和物理模型只能在一定階段下適用,比如摩擦力一類的問題,我們可以采用物理方面的問題,不過,這些物理情景以及模型,只適合在一些簡單的、理想化的物理問題中使用。如果再深層次的物理中,還繼續采用物理情景以及模型,那將是老師的失敗,這樣不僅對學生的學習沒有幫助,相反的還會讓學生感到厭煩,從而對物理的學習漸漸喪失興趣。所以我們在處理物理問題的時候,應該具體問題具體考慮,做到張弛有度。這樣才能在物理學科的學習中學得更好,學起來更容易。
還有,物理模型是理想化的假象,對于現實事物的解釋是存在偏差的,我們不能以偏概全。畢竟在實際生活中,物理模型跟生活中的實例只能說是相似,也只是在某一個場合或者某一種條件下的相似,所以我們可以將實際事物用理想化的物理模型來處理,但是必須要做到具體分析,不然誤差可是相當大的。
關鍵詞:初中物理;數理能力;實際案例
一、做好概念教學,培養學生數理語言表述能力
數理語言分別由文字語言、圖形語言以及符號語言三大部分內容構成。將數理語言反映在物理學科中,物理中的定律、概念等便可以用相應的數理語言表示。以密度概念為例,將密度概念用文字語言可表述為“物體的質量與其體積的比值”;用圖形語言可表述為僅在第一象限m∝V的正比例圖線;用符號語言可表述為“ρ=m/V”。由此可見,學生要想學好物理,就必須要具備基本的數理能力,能正確運用相關數理語言準確表述物理概念、定律等。相應的,教師要想在物理教學中培養學生數理能力,也必須利用物理概念、定律讓學生形成基本的邏輯思維,掌握數理語言表述方法與技巧。在物理教學中,教師要有效引導學生運用文字性的語言將某個物理概念或定律表述出來,在此基礎上逐漸加大教學難度,進一步提升學生數理語言表述能力。例如,在“阿基米德實驗”中,對于浮力原理以及相關實驗現象,書本中做了如下表述:浸入液體中的物體所受浮力的大小等于物體排開的液體中所受重力的大小。教師可先要求學生不看教材中的這一表述,而是隨著實驗的進行,自己不斷總結、歸納,嘗試用自己的語言將實驗現象表述出來,之后與教材中表述進行對比,查找自己在表述方面的偏差。教師也要針對學生的語言總結、表述情況加以指導、修正,幫助學生更好地體會數理語言的精煉性、準確性,掌握數理語言表述技巧。
二、構建數理模型,培養學生數理能力
在物理學習中,知識構建與知識應用是兩個必要的過程,學生必須通過學習做到對知識的深入掌握與合理運用。而要想實現這一教學目標,教師就需采用適當的教學手段引導學生構建起數理模型,用數理模型實現學科知識的轉化與應用。教學實踐表明,物理教學中培養學生數理能力的必經之路是培養學生構建數理模型的能力。具體而言,是學生在學習過程中能根據物理規律、物理概念以及其中蘊含的數量關系,實現物理問題到數學問題的轉換,之后再運用相關數學思想與方法正確解答物理問題,得到正確答案。在指導學生構建數理模型過程中,教師需掌握以下要點:一是數理模型構建方法應當視具體的問題情境而定。也就是說,在問題情境不同的情況下,數理模型構建方法也有所不同。二是要指導學生正確審題,加強對學生審題的訓練,讓學生能從題目中找出正確的情境,從而實現數理模型的有效構建[2]。分析以往教學經驗發現,在數理模型構建過程中,尋找數量關系與問題歸類是兩大主要方法。其中,尋找數量關系是指根據具體問題情境,準確分析出物理量之間的數量關系,在此基礎上正確解題;而問題歸類是根據具體的問題情境,依據一定的歸類標準,將問題具體歸類為哪一種特定的題型、具體的物理知識范圍,如是屬于浮力問題、二力平衡問題還是液體壓強問題等,將問題合理歸類后,學生就會有一個大體的解題思路,知道該用哪些范圍的知識解題,解題效率也會有所提高。
1. 初、高中教材的變化
初中教材難度小,趣味性濃,物理現象一般都是從實驗或生產、生活中來,大多是“看得見,摸得著”的。學習過程中學生的思維活動,大多屬于生動的自然現象和直觀實驗為數據的淺顯形象思維,較少要求應用物理概念和原理進行深層次的邏輯思維和抽象思維;初中物理主要通過習題的重復訓練來加深學生對一些簡單自然現象的認識和物理規律的掌握,且要求學生以解說物理現象為主,要求學生進行深入思維活動的習題較少。高中物理所研究的物理現象和過程都比較復雜,并且與日常生活的聯系不是很緊密;分析物理問題時要從多方面、多層次來探究分析,建立物理模型,從而解決問題;高中物理要求抽象思維多于形象思維,動態思維多于靜態思維,需要學生掌握歸納推理、類比分析和演澤推理等多種物理思想認識方法,著重培養分析研究問題、解決問題的能力。
初中教材強調直觀性,重感性認知;而在高中,學生面臨著使用大量的抽象物理模型問題,如質點、輕繩、光滑面、分子模型、理想氣體、絕緣材料、點電荷、電場線、磁感線、等勢面模型等。初中針對的是一些要學習的“認知”,而高中針對的是很多學習知識的“工具”。
初中矢量的問題只限于知道和了解層次。進入高中,矢量的問題就成了物理內容的一個體系問題,要分析、要運算。例如,合力問題,合功問題,可先求力的矢量和再求合功,也可先求各個力的分功再代數和求合功;以至于力、速度、位移、加速度、動量、沖量等都用到矢量,矢量已成為高中物理知識中的一大專題。
2. 幫助學生克服學習物理的心理障礙
在初中,物理成績優秀的學生在高一學習中遇到了困難,得不到教師的及時鼓勵和幫助,甚至受到不公正的批評,便開始對物理學科產生反感(尤其是女生),產生自卑感和畏難情緒。經調查發現,學生在進入高中文理分科之間,認為“物理難學”的學生占60%以上。針對這種情況,教師要熱愛學生,親近學生,給學生尤其是物理成績不理想的學生創設成功的機會,力求讓學生在高中銜接期不斷嘗試“成功”的樂趣,這樣既促使學生產生進步滿足的愿望,又樹立起學好物理的信心,同時又融洽了師生關系,為建立良好的物理教學環境鋪平了道路。
3. 教學中降低學生的思維臺階,注意學生新舊知識的銜接
高中教師應了解學生在初中已掌握了哪些知識,并認真分析學生已有的知識,把高中教材研究的問題與初中教材研究的問題在文字表述、研究方法、思維特點等方面進行對比,明確新舊知識之間的聯系與差異。選擇恰當的教學方法,使學生順利地利用舊知識來同化新知識,這樣就降低了高中物理學習臺階。例如,在學習“力的合成”時,應先復習初中學過的“在同一直線上的力的合成”的知識,再提出“合力、分力”的概念,進而提出“互成角度的力的合成”,從而引出“力的平行四邊形定則”。由知之較少到知之較多,由此及彼、由表及里,由淺入深、循序淅進,這是我們課堂教學中應堅持的原則。
4. 加強物理實驗教學,激發學生學習物理的興趣
濃厚的興趣將是學生刻苦鉆研、勇于攻關的強大動力。一旦對學習發生興趣,就會充分發揮自己的積極性和主動性。因此,如何激發學生學習物理的興趣,是提高教學質量的關鍵。 轉
做好物理實驗。物理學是一門實驗科學,在物理教學中教師盡量多安排些實驗,并注意提高實驗效果。一個完整的實驗,包括提出問題、設計操作、數據分析和理論解釋四個階段。在整個過程中蘊含著豐富的物理學習方法,如比較、分類、分析、綜合、推理、歸納、演繹等。教學中要注重把教材上的演示實驗變為學生的探索實驗,引導學生通過親身實踐去領會科學家研究問題的物理方法,并轉化為自己的思維和行為方式,培養學生用物理方法主動探求新知識、研究新問題的習慣和能力。例如,在新教材中“探究彈性勢能的表達式”時,可以讓學生通過探究方法去解決“彈性勢能的表達式”的導出問題,在整個過程中,讓學生真正體會探究式學習的全過程,即提出問題、猜想、設計和進行實驗、數據處理、分析和推理的過程。當我們最終得出彈性勢能的表達式后,學生才真實地感受到探究式學習既坎坷又有趣,這為學生在今后的學習中對其他物理規律的探究打下良好的基礎。
教師應針對演示、分組、課外實驗及考核進行教、練、用、考四種方式進行物理學法的教育:演示實驗中教師應從方法上給予啟發、引導、示范;分組實驗中學生學習觀察實驗、數據處理、誤差分析的方法;課外實驗中讓學生運用物理方法解決實際問題、探索和創造;實驗考核中則從知識、能力、思維和表達等方面考查學生應用物理學方法的水平。
5. 加強物理概念和規律講解,逐步滲透物理思想方法
首先,要講清講透概念和規律。物理概念、規律是方法的載體,脫離了概念、規律,物理方法教育就成了空中樓閣。物理概念是從大量同類物理現象和物理過程中抽象出來的,是客觀事物的共同性質和本質特征,是構成物理理論的細胞。物理概念的形成過程就是應用物理科學方法思維的過程,因此,教師在概念教學中要按照學生的認知規律教會學生形成概念的物理學方法。在概念教學中,教會學生形成概念的一般方法,即從提出問題到經過觀察、實驗(直接感官)、分析、比較(抽象思維),最后演繹出概念。
教師在教學中應充分利用和挖掘教材中物理方法的教育因素,抓住概念、規律與方法的結合點,以具體教學內容為依托,采用不同教學方法和手段,適時點拔,通過概念的形成、規律的得出、模型的建立、知識的運用等,讓學生在獲取知識的同時掌握不同的物理方法。
關鍵詞:物理概念 建立理想模型 注意共性
物理概念是對物理現象的科學抽象,反映了物理現象的本質屬性,是物理基礎知識、基本理論的重要組成部分。因此,在教學過程中必須要求學生正確理解物理概念,達到熟練掌握的目的。作為一名教師,在教學中既要重視傳授知識,更要重視培養、發展學生的能力,加強對能力的培養是物理教學的重要任務。能力的培養是一個潛移默化的過程,切實提高理解能力是培養其它能力(如推理能力、分析綜合能力等)的基礎。因此,在平時物理教學中應十分重視這種能力的培養和提高。中學生常常覺得物理概念抽象、難學,這主要是對物理概念沒有真正理解的緣故,因而在解決問題時對物理概念常常是死記硬背,出現張冠李戴的錯誤。針對上述問題,學生在理解物理概念時應在以下幾點下工夫:
一、概念形成式。通過物理概念的形成理解概念,主要是從實驗現象或大量的具體例子中歸納出一類事物的共同屬性,從而獲得概念的。如在初中物理教學中對“力”的概念的形成,是從人對物體的“推”、“拉”、“提”、“壓”的現象,引伸到物體對物體的“推”、“吊”、“吸”的時候有力的作用,擴展到一切物體對其它物體都能施加力的作用,從而使學生形成了“力”的概念。這樣提出力的概念,雖然十分膚淺,但直觀具體,符合初中學生的認識水平和認識規律。初中物理中大多數概念是以本源性知識為主,都是通過實驗或根據實際經驗歸納而得來的。所以,在初中物理教學中,要以實驗為基礎,密切聯系實際,使學生盡量從實驗觀察中通過分析歸納獲得知識、形成概念。
二、概念同化式。通過物理概念的同化進一步理解概念,主要是指學生利用認知結構中原有的概念,以定義式的方式直接揭示概念關鍵性的特征,并用規定的語言符號掌握概念。如在初中物理教學中,通過實驗初步理解了電流、電壓、電阻等概念,總結出三者的定量關系――部分電路歐姆定律,使學生形成一定的認知結構。把新的概念納入學生原有的認知結構中,這就是概念的同化。在中學物理教學中,學生對概念的理解有很多情況都是以概念的同化方式進行的。實現概念的同化,必須具備兩個條件:一是學生頭腦中的原有知識結構要有與新概念有關的內容,能夠在學生接受新概念的學習時起作用;二是新學習的概念本身具有邏輯意義。
三、概念順應式。順應是對原有認知結構進行重新組合,形成一種與新概念相適應的新的結構,從而對新概念進行同化。如關于電壓的概念,在初中物理教學時,是通過與水壓的比較來淺顯地讓學生理解的。在物理概念的學習中,以同化方式理解概念,能使原有認知結構得到充實,但在心理的發展上只能保持在較低的水平上。若以順應的方式去理解概念,則能對原有的認知結構進行調整,形成新的認知結構,并促使學生心理不斷向新的水平發展。
四、概念異化式。異化是一種更高水平的理解概念的方式,它在理解概念時主動修正自己的認知結構或對概念的不全面進行辨析,從而提高認知水平。異化有兩種情況:一種是將新概念與原有認知結構中的正確觀念相結合,而修正原有認知結構中不正確的觀念,建立新的認知結構。如,學生在整個中學階段學習的重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等都是根據力的性質來分類的,認為它們都屬于不同性質的力。而進入大學學習以后,認識到從宇宙天體到微小的原子,這中間只有兩種基本的相互作用,原來按性質分類的各種力都可以歸結到萬有引力和電磁力,從而修正了原有對力的概念的認知結構。
為了使學生更深入地理解概念,更好地掌握物理知識,我在物理教學中通常用到以下幾種方法進行物理概念教學:
一、建立理想模型能形象地描述物理現象,有利于建立并理解概念。所謂“理想模型”,就是為了便于抓住事物本質、解決問題而對事物取其干、去其蔓葉后建立的抽象模型。例如: 光線、磁感線都是虛擬假定出來的,但它們卻直觀、形象地表述了物理情境與事實,方便地解決了問題,即通過磁感線研究磁場的分布,通過光線研究光的傳播路徑和方向。物理模型是在實驗或觀察事物的基礎上建立的,它對物理事實是一種近似的然而又是突出本質的描寫。這樣,重視物理模型的建立和理解可為學生接受知識提供較好的手段和方法。