南嬌嬌 饒黃云

摘 要：在物理學(xué)中物理模型是一種常見(jiàn)的研究方法，不僅可以簡(jiǎn)化、純化實(shí)際問(wèn)題，幫助學(xué)生理解物理規(guī)律，了解物理現(xiàn)象的核心本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，更是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握方法、提高技巧的重要科學(xué)方法。解決物理問(wèn)題一般從物理對(duì)象、物理過(guò)程、情景設(shè)置、物理關(guān)系等幾個(gè)方面進(jìn)行。學(xué)會(huì)建立物理模型解決問(wèn)題對(duì)于物理過(guò)程的建立是十分關(guān)鍵的。

關(guān)鍵詞：物理模型;物理過(guò)程;初中物理;探究

新一輪課程改革，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》中[1]，已經(jīng)將“過(guò)程與方法”作為重要的課程目標(biāo)維度，強(qiáng)調(diào)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)和物理能力。物理模型法以其簡(jiǎn)化實(shí)際問(wèn)題的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)贏得教師重視，但在實(shí)際的教學(xué)中，經(jīng)常因?qū)W生對(duì)模型概念的不理解，或被客觀物體不完善的表象干擾，或思維缺少程序化的訓(xùn)練，或知識(shí)遷移不恰當(dāng)，想象力的缺乏等原因而無(wú)法成功建立物理模型。文章以“熱機(jī)”一節(jié)中“汽油機(jī)的工作過(guò)程”為例，進(jìn)行模型法教學(xué)的探究。

一、關(guān)于物理模型

（一）物理模型的背景

物理模型的研究在國(guó)外主要以美國(guó)教育學(xué)家David Hestenes為代表，“物理模型是物理系統(tǒng)和物理過(guò)程概念化顯露于外的表現(xiàn)形式，既表現(xiàn)物質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也表現(xiàn)其另一方面的特性或者運(yùn)動(dòng)規(guī)則等”[2]。在國(guó)內(nèi)，周漢臣[3]首先提出如何讓學(xué)生在構(gòu)造自己的知識(shí)框架的基礎(chǔ)上發(fā)散思維，提高自己的思維能力。構(gòu)造物理模型的三個(gè)要素“理論內(nèi)涵”、“思維方法”和“表征方式”[4]，是通過(guò)具體的問(wèn)題情境來(lái)選擇與其相適應(yīng)的解決方式，基于物理相關(guān)理論，利用文字、符號(hào)或畫(huà)圖等表現(xiàn)方式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，逐步改善物理模型的教學(xué)方式。

（二）物理模型的理論依據(jù)與分類

物理模型法教學(xué)的主要理論依據(jù)是構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論[5]與認(rèn)知學(xué)習(xí)理論[6]。構(gòu)建主義表示學(xué)習(xí)本身就是一種建構(gòu)的過(guò)程。認(rèn)知學(xué)習(xí)理論包括完形說(shuō)和認(rèn)知發(fā)現(xiàn)說(shuō)，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)，新舊知識(shí)相互補(bǔ)充，得到新認(rèn)知的學(xué)習(xí)。

關(guān)于物理模型的分類，依據(jù)不同的角度有不同的分類，實(shí)物模型、理想模型和理論模型;或者實(shí)體模型、狀態(tài)物理模型和過(guò)程物理模型等。如“汽油機(jī)的工作過(guò)程”就屬于過(guò)程模型。對(duì)汽油機(jī)工作的過(guò)程原理進(jìn)行抽象化，將各部分簡(jiǎn)化抽離探究運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，找出主要因素，建立能夠揭示運(yùn)動(dòng)過(guò)程本質(zhì)的理想模型，即為過(guò)程模型。而模型化只是開(kāi)始，研究物體所有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律才是最終的結(jié)果。

二、初中階段物理模型構(gòu)建

（一）初中階段物理模型的構(gòu)建方法

物理模型的方法主要包括：抽象總結(jié)。通過(guò)觀察、分析，提取出研究對(duì)象中的主要因素，忽略其他因素，抽象出事物的本質(zhì);分析整合。屬于整體到局部，將事物從整體按屬性分解為部分，再考慮各種因素影響下的具體探究的思維方式;類比聯(lián)想。類比的前提是兩個(gè)或者兩個(gè)以上的事物在部分屬性上一致或者相似，利用其相似的屬性推論它們?cè)谙嗨茖傩陨暇哂邢嗤乃季S活動(dòng);等效替代法。等效替代法要求研究對(duì)象與另外的研究對(duì)象在某個(gè)方面的作用效果相同，這時(shí)可以將兩者進(jìn)行互相替換，來(lái)簡(jiǎn)化研究對(duì)象所探究的問(wèn)題。如“汽油機(jī)的工作過(guò)程”的物理模型的構(gòu)建就用了這種方法。著眼于汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)與手臂之間的等同效果，把復(fù)雜的工作原理等效為簡(jiǎn)單的手臂半圓周運(yùn)動(dòng)。這與探究各力的作用效果時(shí)，引用了“合力”等效是相同的原理;假設(shè)與驗(yàn)證。它屬于片面歸納，所以假設(shè)來(lái)的物理模型必須有實(shí)驗(yàn)的證明，再完善。如，光的波粒二象性模型。

（二）物理模型與原型、理論間的關(guān)系

模型是利用一定的思維方式對(duì)特定的研究對(duì)象所要達(dá)成的目的進(jìn)行簡(jiǎn)化的描述，即通過(guò)抽象的思維方式，對(duì)客觀對(duì)象進(jìn)行構(gòu)建，以達(dá)到反映其本質(zhì)特征的目的，接著利用該模型去驗(yàn)證、實(shí)踐證明原型理論，同時(shí)理論的模型化也可以反向解釋客觀存在。模型則是原型和理論之間的橋梁。具體如圖表1所示：

三、物理模型法在教學(xué)中的應(yīng)用

（一）物理模型法教學(xué)的一般途徑

物理建模和運(yùn)用模型并不只是簡(jiǎn)單的思維過(guò)程，一般會(huì)運(yùn)用一定的科學(xué)方式和方法，以便更迅速，更準(zhǔn)確的建立更科學(xué)、合理的模型。模型建成后需要進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式，用來(lái)靈活地運(yùn)用物理模型，以達(dá)到處理、解決實(shí)際問(wèn)題的目的。首先，分析研究對(duì)象的主要因素，忽略其他次要因素。其次，把握本質(zhì)特征，抽象研究對(duì)象結(jié)構(gòu)完成建模。最后，通過(guò)實(shí)踐事實(shí)驗(yàn)證。具體如圖表2所示：

（二）模型法在教學(xué)中的應(yīng)用策略

物理模型法一般在概念教學(xué)、規(guī)律教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及習(xí)題教學(xué)中入手。文章從“汽油機(jī)的工作過(guò)程”所屬的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)入手說(shuō)明。首先，明確實(shí)驗(yàn)要解決的物理問(wèn)題是什么？如何建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。其次，設(shè)計(jì)基本構(gòu)件，建構(gòu)模型，判斷可行性。最后，進(jìn)行構(gòu)建活動(dòng)，將模型理論進(jìn)一步遷移。

（三）教學(xué)片段實(shí)施過(guò)程

[“熱機(jī)? ?汽油機(jī)的工作過(guò)程”的教學(xué)內(nèi)容]

四、開(kāi)拓深層探索

模型方法的學(xué)習(xí)有利于理解和掌握物理知識(shí)，提高技能;有利于掌握物理研究方法，提高思維品質(zhì);有利于培養(yǎng)正確的人生觀、世界觀、價(jià)值觀和方法論;有利于發(fā)揮教師與學(xué)生各自的作用。教師的意義在于幫助學(xué)生探索知識(shí)的道路，鼓勵(lì)學(xué)生找到自己的興趣所在，并且學(xué)會(huì)在探索過(guò)程中檢視自己的學(xué)習(xí)所得和所取得的成功。模型法適用于更多的學(xué)科，更多的方面，不同的思維方式是模型建構(gòu)的源泉。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳繼光.《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中的實(shí)驗(yàn)變化分析[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2012（20）：47-48+54.

[2]Hestenes （1992），Modeling Game Sinthe Newtonian World [J].AmerieanJournalofPhysies60，732-748.

[3]周漢臣.如何建立物理模型[J].中學(xué)物理教學(xué)與研究，1987，（2）：52.

[4]譚會(huì).中學(xué)物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)的理論與實(shí)踐研究[D].東北師范大學(xué)，2009.9.

[5]羅兆華.施教為學(xué)促進(jìn)建構(gòu)[J].物理教師，2004（10）：5-9.

[6]劉永琴.心理模塊觀：認(rèn)知心理學(xué)研究的一種新范式[D].華東師范大學(xué)，2013.