建立物理情景和物理模型在物理教学中的重要性

刘苏文

在高中阶段的物理学习中,高中学生,特别是高中一年级的新生,反映比较普遍的问题就是:高中物理难学,课堂上教师讲的内容,基本能听懂,但在处理一些物理问题时,感到很茫然,觉得无从下手。究其原因,大多数学生在处理物理问题时,首先是不能建立起相应的物理情景,当然也就谈不上相应的物理模型的建立,最终导致物理问题不能处理或是处理不当。学生在学习中遇到的许多问题,都与对问题的物理情景建立、理解有关,很多困难“难”就难在对物理情景不清楚,因此无法运用物理模型或物理规律解决问题。对教学中的物理概念、物理规律理解不清楚,也与教师没有设立合适的物理情景进行教学有关。可以说,学生学习物理的第一步就是建立物理情景。物理问题都是通过某种物理情景呈现的,这与物理学的研究对象是一些有形客体或理想模型密不可分的,从因果关系看“景”是通过“物”呈现出来,作用于人的感官才能“触景生情”。

建立物理情景是建立物理模型的基础,是建立物理模型的一个重要步骤,是不可或缺的。在建立物理情景的过程中,要引导学生从物理问题中获取建立物理情景的重要信息,再对这些信息进行必要的加工整理、去伪存真的同时,引导学生积极思考问题,让学生在积极的思考中体验自己的思维经历,并在自己的脑海中留下这种思维经历的烙印。建立物理情景实际上就是将物理问题恢复还原为一个物理过程,一个物理过程可以是一个单一的物理过程,也可以是一个物理过程中包含有几个小的物理过程。在把握一个物理过程所提供的各种信息的同时,也要把握各个小的物理过程之间的相互联系和相互制约,大多数情况下这种相互联系和相互制约的连接点,就是解决物理问题的切入点。在一个物理过程中,把握住了物理问题中提供的各种信息,以及这些信息之间的相互联系和相互制约的关系,就等于把握住了建立物理模型的要点,就等于为建立物理模型铺平了道路。在建立物理情景的基础上,过渡到物理模型的建立,是培养学生形成物理思维的一种有效的方法,也是培养学生用物理方法解决实际问题能力的一种现实的、有效的、可行的途径。

物理模型(包括它的数学表达)是物理问题的高度抽象和概括,是认识主体对客观实际能动反映的一种表现,是认识主体由实践上升为理论的一个过程。物理模型不仅是典型的物理问题,也是对物理基础知识的高度概括和总结。物理模型的首要特点就是它的典型性和代表性。物理模型是从一类物理问题中,突出问题的主要属性,抓住问题的主要本质,去除干扰和次要因素,即抓住事物的主要矛盾,而忽略其次要矛盾。例如,质点的刚体模型。物理模型是集基础知识与基本规律于一体,具有代表性的物理规律的集中体现。物理模型不只是物理知识的结晶,同时也是物理思维的结晶,更是处理物理问题的一种方法,掌握好物理模型的建立,除了加深对物理概念的理解之外,还可以从物理模型的建立,理解物理知识深刻的内涵及外延,体会将物理知识用于解决实际问题的思路和逻辑方法。

物理模型不仅能简明扼要地揭示物理规律,还可以体现出物理模型和物理规律在表现形式上的完美与和谐。例如,动量定理和动能定理,前者表现了力在时间上的累积效应,后者表现了力在空间上的累积效应。力的作用效果在时间和空间上的表现是那样的完美与统一;在形式上的表现是那样的对称与和谐。从这种形式中可以体会到物理学美丽的风景,体会它在形式上的完美。物理模型是知识与思维的产物,是物理知识与能力的完美结合,体现物理模型的和谐美,体现科学思维与人文精神相互作用的伟大结果。

物理情景与物理模型的建立,可以使抽象的物理知识更贴近于现实实际生活,更贴近学生的生活经验。使学生学习物理知识能有亲切感和现实感,同时丰富物理课程的形式,特别是在新教材引入研究性学习、探索性活动的情况下,如何让学生在较少的课时内,掌握更丰富的物理知识,物理模型的教学不失为一种有效方法。抓住物理情景与物理模型的建立,将最基础、最典型的物理模型、物理问题介绍给学生,并通过建立物理情景和物理模型,将研究方法和处理物理问题的方法展示给学生,引导学生积极思考,感悟物理情景与物理模型的建立在处理物理问题时所发挥的积极、有效的作用。

物理模型来源于实践,从实践中形成理论,又反作用于实践。物理模型作为物理基本知识单元,是掌握基本物理知识的基础,也是形成物理综合问题的基础。创新学习,从某种意义上讲,就是打破原有的知识结构,对原有知识结构进行重新组合,重组的过程就是知识迁移的过程。在学习过程中不断发现原有物理模型的缺陷,于是在打破原有知识结构的过程中,建立新的物理模型。

总之,从物理情景的建立到物理模型的建立,是学会从实际问题中提炼物理模型的过程,是解决和处理物理问题的常用的、行之有效的方法之一,其在物理教学中所处的地位,可见一斑。

(作者单位:甘肃省天水市第八中学)