关注生活 科学建模 落实有效教学

罗小勇

摘 要：在物理教学中，教师既要考虑到学生基础知识的训练，又要兼顾到学生物理素养的培养，两者虽不矛盾，但难免进入应试模式，顾此失彼。物理来自于生活，要实现真正的有效教学，就要以联系生活的物理现象或者物理实验导入课堂，让学生从这些直观有趣的现象中，提炼出与课堂内容相关的物理模型，并引导学生分析模型，总结规律，并用此规律来描述、解释和预测自然现象。

关键词：物理；有效教学；联系生活；物理模型

构建物理模型就是将我们要研究的物理对象、物理条件、物理过程，通过抽象化、理想化、简化和类比等方法形成物理模型，简称“建模”。常见的考题也是命题者根据常见物理模型，加上具体情境编拟出来的。新课教学中，引导学生分析物理现象，有助于学生建模意识和建模能力的培养，更有助于学生积累常见物理模型。本文以《反冲运动》教学设计为例，阐述建模教学的步骤和要点。

一、合理分组，巧设课前作业，让学生发现与课堂内容有关的物理现象

让学生观察物理现象，有利于学生构建物理模型。但由于受到课堂教学中空间和时间的限制，在实际教学中不可能把涉及的物理模型都列举出来。面对高中课堂教学内容的繁多，教师就容易忽视引导学生对生活现象的观察、提炼和描述。

为了解决这个难题，可以将班上学生分成若干学习小组，提前布置任务，让每个小组搜集与课堂内容有关的物理现象，课堂上进行汇报分享。如，笔者在设计《反冲运动》的教学环节时，为让学生对生活中的反冲现象有所认识，就布置了一项课堂前置作业。前置作业简单有趣，并分组实施，不至于耽误学生过多时间，利于这类作业的常态化开展。

【课前前置作业】

1.题目：“抛开（下）包袱，让我们前进”之反冲现象搜集。

2.分组：将全班分为八个小组，而且要求后四个小组着重搜集这类运动在实际生活中的应用。

3.提示：在生活中，有哪些物体向某一方向抛出（推出、喷出、弹出或射出）其中的一部分时，剩余部分会向相反的方向运动？

本节课的亮点就在于课前任务的布置。当学生兴致勃勃搜集这些现象的时候，就已经开始了对物理模型的构建。

二、课堂展示，引导学生描述现象，运用归类的方法建立物理模型

课堂教学，若长期让学生被动接受教师告知的公式和定理，不利于真正地培养学生的综合能力，不利于对提炼物理模型进行指导。让学生课上展示分享其小组作业成果，既可以培养学生主动透过现象看本质的习惯，也可以培养学生归纳总结的能力。同时，这也是新课程“以学生为主体”的体现。在面对某些新问题新现象时，如果发现新问题中的原型1与我们已熟悉的原型2有许多共性，那我们可以用归类、等效的方法来推测：原型1与原型2的物理模型也应该相似或相近，从而建立起原型1的物理模型。

如，在《反冲运动》教学中，笔者首先让前面四个小组展示了他们搜集到的物理现象，接着让学生思考这类现象的共性特征。

【学生展示1】

第1组：反冲气球展示。松开手之后，气球向后喷气而前进。

第2组：反冲小车展示。手指堵住管子的尾端，松开手指后，小车前进。

第3组：人站在轮滑上，超人的前方扔篮球，人会后退。

第4组：将易拉罐汽水绑在小车上，汽水盖拉开一个小口，用手指堵住小口，用力摇，后放在地上，松开手指，汽水喷出，小车

前进。

学生能总结出这些现象的两个特征：（1）两个物体原来为一个整体，且静止；（2）接着瞬间分离，且反向运动。因为学生刚学完动量守恒定律，对静止物体瞬间爆炸分离的模型记忆深刻，所以很容易想到：反冲运动的模型与动量守恒定律中的爆炸分离模型有很大的相似性。

三、作图分析现象，忽略次要因素，构建条件模型

无论是学生展示的现象，还是教师演示的实验，一旦学生感兴趣，就容易被吸引。但学生也容易只停留在现象上，或是被现象中次要的因素所干扰，很难把现象简化成我们要研究的物理模型。这时，教师的主导作用就应该得到充分的体现。要引导学生，忽略案例中的次要因素，画出分析示意图，强调与研究内容紧密相关的因素，构建出如光滑、轻质、质点、无重力等条件模型，以便于控制次要因素影响，集中分析核心问题。

如，在《反冲运动》教学中，笔者让学生展示了后面四个小组搜集到的现象。

【学生展示2】

第5组：喷气式飞机与喷水潜艇简介。

第6组：喷水式飞行器介绍。

第7组：火箭介绍，主要介绍火箭原理以及中国的长征系列火箭。

第8组：水火箭介绍（原理、制作、现场发射）。

对于这些精彩有趣的现象，学生很感兴趣，但也有学生认为：一些反冲现象不满足动量守恒定律，因为这些现象不能忽略重力、摩擦力、空气阻力等因素，不能用动量守恒定律来处理。

此时，教师就应该给学生强调，反冲运动发生瞬间的两大特点：（1）发生时间极短；（2）内力远大于外力。因为满足这两个条件，重力、摩擦力等次要因素在此都可以忽略。所以在反冲运动发生瞬间，是可以用动量守恒定律来处理的。至于分离以后，就要用其他物理知识进行处理。如，粗糙的水平面上，两个物体爆炸分离，严格地讲，因为受到摩擦力影响，动量不守恒。但根据以上分析，忽略次要因素，建立条件模型后，在爆炸分离瞬间，是可以用动量守恒定律来处理的。至于分离之后，各自以分离速度做匀减速运动，就应该用匀变速直线运动或者是功能关系的知识来处理了。再如，火箭发射，可以认为火箭瞬间喷射出所有燃气，满足动量守恒。燃气喷射完后，火箭接着竖直上抛，那就要用竖直上抛的知识来处理。通过引导，帮助学生构建起这样一个条件模型——在反冲运动中，物体分离瞬间，动量是守恒的。

四、设置典型例题，让学生计算应用，提高课堂教学实效性

通过现象的观察、分析、描述，进而提炼建模，总结规律，学生对这一概念有了充分的了解，会运用规律来进行预测和计算才是学生物理综合能力的体现。所以在课堂上，设置一些联系生活实际的典型例题，为我们常见的物理模型戴上生活的帽子，让学生分析计算，是很有必要的。

在《反冲运动》教学中，笔者设计了如下例题。通过练习，训练了学生应用动量守恒定律解决反冲运动问题的能力。

练习1：水平方向射击的大炮，大炮装上炮弹后总质量M=500 kg，其中炮弹质量m=10 kg，炮弹射击的速度是V0=98 m/s，射击后炮身后退的速度是多大？

练习2：一个连同装备总质量为M=100 kg的宇航员在距离飞船x=45 m处相对飞船处于静止状态。他带有一个装有m0=0.5 kg氧气的贮气筒，贮气筒上有一个可以使氧气以v=50 m/s的速度喷出的喷嘴，宇航员必须向着飞船相反方向放出氧气，才能回到飞船。同时，还要保留一部分氧气供途中呼吸用，宇航员的耗氧率为Q=2.5×10-4 kg/s。不考虑喷出的氧气对设备及宇航员总质量的影响，如果在开始返回时瞬时喷出0.1 kg氧气，宇航员能否安全返回飞船？

利用生活中的物理模型来教学，引导学生分析物理现象，培养学生建模的意识和习惯，有助于学生抓住问题的核心和根本，有助于提高课堂教学的有效性。更重要的是，通过课堂上的物理建模，教会了学生学习物理的思想方法，培养了学生分析现象、探究本质、预测未知的科学素养。

参考文献：

[1]祝广富.“高中物理的生活化教学”[J].理科考试研究，2014（08）.

[2]曲志新.“谈物理课堂教学有效性策略研究”[J].中学物理教学参考，2009（08）.

编辑 韩 晓