构建物理模型 培养创新意识

何栋成 王华

中图分类号：G633.7

教育改革的纵深发展，旨在全面提高学生的素质。近年来高考内容的改革，也体现了注意对学生能力和素质的考查。所以，对高中物理这门课程，重要的是培养学生的科学素质，也即体現在对学生的创新精神和实践能力的培养上。高中物理教材不同于初中教材，前者是在后者的基础上引导学生由形象思维向抽象思维发展，从而使学生的思维产生一个质的飞跃。所以在高中课程的教学过程中大多数研究的对象是一些物理模型，这些物理模型既原于实践，而又高于实践，在我们的生活、生产、科技领域中带有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。正因为如此，学生普遍感觉高中物理难学：听听还懂，解决实际问题就困难。关键在于他们还是习惯于初中的那种形象思维方式，只会记概念、規律的静态结论，而不重视得出结论的发展过程。只会照葫画瓢，模仿性地解决一些简单的物理问题，而不善于通过观察分析，提炼出现实情景的物理模型，尔后纳入到相关的知识体系中去加以处理，最后得到问题的解决。我们认为，物理教师在完成教学任务的过程中，一定要重视对学生建模意识的培养，只有这样，才使学生在解决物理问题时能清晰地构建出情景条件的物理模型，迅速找到解决问题的方法，从而达到培养学生灵活思变、创造性思维的能力。

一、构建理想的物理模型是科学理论的依据

纵观物理学发展史，许多重大的发现与结论，都是由科学家们经过大胆的猜想构思，创建出科学的理想化的物理模型，并通过实验检验或实践验证，模型与事实基础很好吻合的前提下获得的。

伽里略让小球从弯曲的斜槽上自由下落，当斜槽充分光滑时，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球为达到初始高度，将运动很远。如果末端完全水平，小球将一直运动下去，永不停止。正因为伽里略构建了光滑这一理想化的模型，才有惯性定律的重大发现。

1852年，法拉第对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁场线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当时的传统观念是一个重大的突破。

1905年，愛因斯坦受普朗克量子假设的启发，大胆地建立了光子模型，并提出著名的爱因斯坦光电效应方程，圆满地解释了光电效应现象。

卢瑟福以特有的洞察力和直觉，抓住α粒子轰击金箔有大角度偏转这一反常现象，从原子内存在强电场的思想出发，于1911年构思出原子的核式结构模型。

“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我们周围的宇宙并不是静态的、恒定的、而是动态的、膨胀的。从而冲破了传统观念的束缚，为研究宇宙的起源和演化扫清了道路。

除了上述一些理想化模型外，在高中教材中，我们熟悉的理想化模型有质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、绝缘体、点光源、薄透镜、狭缝、薄膜等。正是引入了这些理想化的物理模型，才得以使我们面对许多复杂的现实问题，通过简化处理能够比较顺利地予以解决。可以这么说，倘若离开了物理模型，不仅物理研究无法进行，而且对物理学科的纵深发展必然会起阻碍束缚的作用。

二、教师在教学过程中要重视对学生建模意识的培养

理想的物理模型，即是物理科学体系中光辉的典范，也是解决现实物理问题不可或缺的依据，其重要性不言而喻。所以，教师在传授知识的过程中，要根据实际课时的内容安排，及时向学生强调基本物理模型建立的过程和条件，并要求学生牢固把握住这些基本的物理模型，并且在具体应用解决物理问题时，引导学生根据题设条件，从物理规律出发，通过分析、综合、类比等，突出对所要研究问题起主要作用的因素，略去非本质的次要因素，使思维从纷繁复杂的具体问题中抽象、构造出我们熟悉的物理模型，然后应用掌握的相关知识予以解决。当然，对学生这种能力的要求并非一朝一夕就能培养出来的，需要教师把这种建模意识贯穿在教学的始终。要循序渐进地启发引导学生，使学生逐步熟悉并掌握这种科学研究的思维方法，养成良好的思维品质，使构建物理模型的意识真正成为学生思考问题的方法与习惯。

三、提高建模意识要更新教育思想和教学观念

不断深入的教育改革，向教师提出了新的更高的要求。以往那种“深挖洞”寻难题，为应付高考而大量集训的做法，培养的只是一个个解题的机器人，其创新意识、开放思维也难有踪影，这样的教育肯定不适应时代的需要。培养学生综合应用所学知识的能力，收集和处理信息的能力，以及培养学生独立思考，激发创新意识和“重在参与”的意识，是我们每位教师在教学活动中必须努力的方向。所以教师们原有的陈旧的教育思想和教学观念必须彻底更换。在向学生传授知识的同时，要重视宣扬科学家们那种大胆联想，勇于构建物理模型（甚至包括失败的物理模型）的创新思维，让他们体验到科学家们为人类、为科学寻求真理的进取精神和科学态度，唤起学生们对建模意识重要性的认识，激发他们的兴趣，逐步提高他们构建物理模型的能力。提高学生的建模意识，必须向学生指明，努力掌握扎实的物理基础是必备的条件，同时还应该要求学生广泛关注生活知识，平时多关心、收集高新科技信息知识，并通过联想，理论联系实际，使自己所学的知识更扎实、更贴近实际，避免出现一问三不知的科盲现象和“指麦苗为韭菜”的书呆子现象，这也正是现代教育所期望的。

四、建模意识是创新思维

在教学活动中构建学生的建模意识实质上是培养学生的创造思维能力，因为建模活动本身就是一项创造性的思维活动。它可以培养学生的想象能力，直觉思维能力，猜测、转换、构造等能力，这些能力正是创造性思维所具有的最基本的特征。

在教学中构建学生的建模意识与素质教学所要求的培养学生的创新能力是相辅相成、密不可分的。要真正培养学生的创新能力，教师的课堂教学模式必须更改，“课题研究性”教学模式与“探究性学习”的课堂教学模式均坚持以学生为主体，教师为主导的原则，充分挖掘学生的主动参与和积极思维的意识，自觉地在学习过程中构建物理模型。只有这样才能使学生分析和解决问题的能力得到长足的进步，也只有这样才能真正提高学生的创新能力。