例析模型法在物理教学中的应用

褚凤莲

( 山东省淄博市临淄区召口中学,山东　淄博　255400)



例析模型法在物理教学中的应用

褚凤莲

( 山东省淄博市临淄区召口中学,山东淄博255400)

摘要：本文以生活中实际存在的问题及其解决方式为切入点,利用实验构建物理模型，将问题再现，从而引入课堂教学,既能调动学生的积极性,又能培养学生“物理来源于生活,又服务于社会”的意识.

关键词：物理教学；模型法;应用

物理模型是人们为了研究物理问题的方便和探讨物理事物的本质，而对研究对象所作的一种简化描述,是以观察和实验为基础,采用理想化的方法所创造的能再现事物本质和内在特性的一种简化模型.理想化的物理模型既是物理学赖以建立的基本思想方法,也是物理学在应用中解决实际问题的重要途径和方法.

“义务教育物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程.此阶段的物理课程应注意让学生经历实验探究过程,学习科学知识和科学探究方法,提高分析问题和解决问题的能力”，这是2011版义务教育物理课程标准中对初中物理课程的描述，可以看出“提高学生分析问题和解决问题的能力”是物理学习的归宿.“问题”来源于何处?“问题”来源于生活.所以我们的课程理念定位为“从生活走向物理,从物理走向社会”，在这样的理念指导下,我们平时的教学设计就要贴近学生生活,符合学生认知特点,激发并保持学生的学习兴趣.如何激发学生的兴趣？这是值得我们研究的课题,下面通过实例来介绍模型法在课堂教学中的应用.

1“光的反射”课堂引入环节的模型应用

1.1生活原型

挪威小镇尤坎处于高斯塔顶峰(Gaustatoppen Mountain)山脚下的谷底中.每年有5到6个月的时间,周围的山峰将小镇与直射的阳光隔绝,使小镇的冬天变得格外寒冷和漫长.为了得到阳光,当地花84.7万美元建造了3个巨大的镜子,称为“定日反射镜”,这些镜子在2013年10月正式投入使用,它们被安装在小镇旁边的山峰上,其角度正好能将太阳光反射到街道上.这三个定日反射镜的表面积约为51平方米.它们由电脑控制,能够跟随太阳的运动,利用可再生能源——太阳能提供能量.据媒体报道,这些镜子反射到小镇主广场的阳光呈椭圆形,其光强度相当于山峰上直接日照的80%(如图1所示).

图1

1.2物理模型教学

(1) 构建模型

图2

如图2所示，用激光笔射出的光充当一束太阳光,为了让它射到街道上的A点,让学生借助平面镜来操作实现.

(2) 对照模型

引出入射点、入射光线、反射光线、法线、入射角和反射角的概念.

(3) 通过演示反射光线随入射光线的变化让学生对光的反射规律有初步的认识,从而引入对光的反射规律的实验探究.

1.3评析

“光的反射”的课堂引入方式有很多,比如从太阳光或激光射向平面镜或水面后的反射现象入手,让学生画出光的传播路径，从而引出反射现象中的各种概念;用光反射后的美妙景象创设情境以引起学生的兴趣;用小游戏引入，以调动学生的参与积极性等.光的世界是绚丽多彩的,光现象的学习也可以是多姿多彩的.本文的设计以生活中实际存在的问题及其解决方式为切入点,利用实验构建物理模型，将问题再现，从而引入课堂教学,既能调动学生的积极性,又能培养学生“物理来源于生活,又服务于社会”的意识,赋予理论以实际意义,促成了物理知识的回归.

2“动能和势能”实验探究环节的模型应用

2.1生活原型

2015年发生了几起交通事故，2015年1月16日晚6时30分左右,荣乌高速莱州服务区南一公里处发生4车相撞事故,造成12人死亡、6人受伤.据初步了解,4车在追尾相撞后,其中两辆车起火燃烧.2015年6月7日下午5点半,一辆汉口开往湖北省孝昌县的长途客车,在107国道孝南区路段由南向北行驶时,与一辆从北向南行驶的运沙车猛烈相撞.半边客车车体被撕裂,多名乘客被甩飞到车外，这起交通事故共造成9死11伤.交通事故每年都会夺去很多人的生命，汽车在行驶时具有动能,在发生碰撞时会对外做功,释放能量,今天我们就来研究动能与什么因素有关.

2.2物理模型教学

图3

(1) 猜想

教师提出问题：汽车的动能可能跟哪些因素有关？学生根据生活经验会想到动能与汽车的速度和质量有关,因为汽车速度越快、质量越大时,发生事故时产生的破坏力越大.

(2) 教师引导

要确定猜想是否正确,需要通过实验进行验证,而后提供器材(如图3):小球、木板、斜面、木块,小球充当汽车,木块充当被撞者.并提出问题:实验中要用到什么实验方法?如何让汽车(小球)运动?如何控制汽车(小球)的速度一定?如何体现汽车(小球)动能的大小？

(3) 学生进行实验,分析实验现象总结结论.

(4) 根据研究所得结论，给司机师傅安全驾驶提出自己的建议.

2.3评析

“动能和势能”的学习具有重要的现实意义.它的生活原型很明显,生活中交通事故几乎每天都在发生,高空坠物伤人的事件也屡见不鲜,这些事故的发生让我们付出了惨痛的代价.早在2005年联合国大会通过决议,呼吁各国政府将每年11月第三个星期日作为世界道路交通事故受害者纪念日,以缅怀道路交通事故受害者,并关注受害者亲属所处的困境.交通事故已成为15岁至29岁年轻人的主要死因,所以思考和研究如何避免这类事故的发生更具实际意义.借助这样的生活素材,将实验探究和车祸中的肇事车辆与被撞者联系起来,让我们的实验研究变得更具实际意义.

3“电功率”习题讲解环节的模型应用

3.1生活原型

如图4所示，生活中有一种亮度可调的台灯.

图4　亮度可调节的台灯

3.2物理模型教学

根据我们所学的知识,台灯的亮度控制旋钮实际上是一个___________,其内部电路如图5所示，在图5的电路中接入电流表和电压表(如图6)，在图6的电路中,电源电压保持不变,开关S闭合后,滑片P向右滑动时,电流表示数___________，电压表示数___________(变大或变小),灯泡亮度变(亮或暗).

解答：当滑片右移时,滑动变阻器接入电阻增大,电路中总电阻增大,故由欧姆定律I=U/R可得：电路中电流减小,即电流表示数变小;由U灯=IR灯可知：灯泡两端电压减小,即电压表示数减小，由P灯=U灯I可知：灯泡的实际功率减小,故灯泡变暗.

3.3评析

在电功率的学习中,有一类是分析电路变化的问题，即通过电路中滑动变阻器滑片的移动来分析电路中电流、电压、电功率(灯泡亮度)的变化,每当遇到这类题型,总会有一部分同学觉得难以入手,单调难懂.究其原因,一是学生对电功率知识掌握不牢固,不能灵活运用;二是学生缺乏相应的生活体验,单纯的知识问题研究起来往往会枯燥乏味,难以启发学生的思维.在处理此问题时,以台灯的内部电路为模型,加入电压表、电流表,提出电路中各物理量的变化问题,将电路变化问题和生活中常用的电器联系在一起,找到了物理知识在生活中的落脚点,拉近了物理和学生之间的距离.

4感悟

在物理学习中,有些学生常常反映物理难学,尤其是解题难.当然,难的原因很多,但其中很重要的一个原因就是学生对题目中描述的物理过程不理解,不能把题目中的对象和过程简化成理想的物理模型.实践告诉我们,千变万化的物理习题大多是根据一定的物理模型，结合某些物理关系,给出一定的条件，找出所求物理量,而我们解题的过程,就是将题目隐含的物理模型还原、求解的过程.

在物理教学中,有时我们也感到物理难教,难以调动学生的积极性,学生不喜欢,课堂效率低.让物理知识和生活相联系,就给教学增添了色彩,赋予知识以生命力，有生命力的东西才更容易打动人.让学生切身感受到物理知识源于生活,对生活有用,学生自然更愿意去学习、去研究.所以在平时的教学中,我们要善于应用模型,让物理和生活紧紧联系在一起.

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2011年版)[S].北京:北京师范大学出版社,2012.

[2] 王瑜.促进学生有意义学习的策略探析[J].物理之友,2015,31(2).

[3] 刘强.“模型法”在物理教学中的发展与应用[J].吉林教育,2013,(32).

[4] 田靖.物理模型思维法在高中物理教学中的应用研究[J].考试周刊,2014,(24).

[5] 杨瑞琴.物理模型思维法在高中物理教学中的应用[J].高中数理化,2012,(8).

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