基于原始问题解决的高中物理模型教学

鲍尧红

当今社会对教育的要求越来越高，也就造成教育对学生的能力要求更高了，但是许多学生虽然掌握书本知识很牢固，但是对于要解决来源于生活的原始物理问题时经常是无从下手。许多学生在遇到原始物理问题只会生搬硬套，不能正确地分析物理过程，形成相应的物理图景，这说明学生对于解决原始物理问题困难的原因在于对已经习得的物理模型的迁移能力不强。于克明教授认为：“传统的物理教学，在原始问题到抽象问题之间，从原型到模型产生了一个断带、一个鸿沟，成为解决实际问题的一大障碍。”模型不仅要用来解决物理习题，更要能用来解决来自生活和生产的原始问题。因此我认为在实际的教学过程中适当地渗透原始物理问题，不仅能提高学生建立物理模型的思维能力，而且能提高学生分析问题、解决问题，把所学应用于生活的能力，同时也可以培养学生创造性思维和创新能力，顺应新课程改革的理念。

一、原始问题概念界定

所谓原始问题是指自然界及社会生活、生产中客观存在未被抽象加工的，能够反映科学概念、规律本质的典型现象，它来自真实的生活。原始问题不只局限于物理教材，问题更加注重于日常生活、最新科技动态及科技知识的有机结合，拓宽学生的视野，缩小所学知识与真实生活的差别。学生在解决原始问题时的最大困难在于原始问题的物理模型的构建。北京大学赵凯华教授在1983 年就指出：“ 在我们的教学中，同一问题，既可以把原始的物理问题提交给学生，也可以由教师把物理问题分解或抽象成一定的数学模型后再提交给学生。习惯于解后一类问题的学生，在遇到前一类问题时，往往会不知所措。”

二、物理模型的概念

物理学在对每一个研究对象进行研究时所要考虑和分析的实际问题往往很复杂，为了能更为高效分析与研究，物理学中常常采用“简化”，对实际问题进行科学抽象处理的方法，用一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构，去描述实际的事物(过程)。这种理想物质(过程)或假想结构称之为“物理模型”。

1.物理模型的特性。

物理模型的特性归结起来有以下四种。（1）物理模型具有高度的抽象性，它舍弃次要因素把握主要因素、化复杂为简单，完成由现象到本质、由具体到抽象的过程，反映的是原始问题本质特征的——理想物质(过程)或假想结构，是对原型客体物质形式或思维形式的本质关系的再现，是科学思维对物理世界的抽象的反映。（2）物理模型具有形象性，物理模型往往是采用简约化的手法用理想化的物质(过程)或假想结构来代替复杂、具体的客体研究对象，是一种简化的直观的心理构想，反映物理具体的研究对象，因此物理模型又具有形象直观的特点。（3）物理模型具有科学性，它以先前获得的科学知识为依据，经过判断、推理等一系列逻辑上的严格论证，深刻地反映原客体的本质特性，同时可以被实验证实，因此物理模型又具有科学性。（4）物理模型具有假定性，物理模型是通过科学抽象对实际问题进行的心理构想，是人们以科学思维对物理世界的抽象描述，因此物理模型来源于客观现实，但又高于客观现实，是抽象的思维结果，是被实验证实的科学假想，是实际客体忽略次要因素的假想反映，因此物理模型又具有假定性。

2.物理模型的分类。

对于物理模型的分类，标准不同，看法就不同，但也算异曲同工。我认为模型可分为对象模型、条件模型和过程模型。

对象模型：用来代替研究对象实体的理想化模型，高中有的对象模型，例如：质点、轻绳、点电荷、理想电表、理想变压器等。条件模型：把研究对象所处的外部条件理想化建立的模型为条件模型。

三、原始物理问题解决与建立物理模型的关系

物理模型是对生活实际问题（也即原始问题）的科学抽象和近似，是物理思维的产物。建立物理模型是一种创造性的脑力劳动，根据所研究对象和问题的特点，撇开个别的、非本质的因素，抽出主要的、本质的因素加以考察研究，并将同一类物理事物共同的、本质的属性联合起来，由此建立起一个轮廓清晰、主题突出、易于研究的新概念或新过程。要得到正确的物理模型，需要做到以下两点。一是以实验为基础，以事实为依据。二是正确抽象研究对象的本质特征。就好像质点、点电荷、轻绳、稳恒电流等都是理想模型，是为了研究问题的方便而建立的一种理想客体，它忽略了非本质的、次要的因素，突出了研究客体的主要矛盾，使这个理想模型更加能集中反映出事物的本质和规律性，便于我们对自然物理规律的科学认识。

许多原始物理问题并没有唯一的正确答案，从不同的角度和需要来评价就可能有不同的答案。思维水平知识水平不同的学生，通过努力都能获得不同程度的提高，在学习的过程中获得成就感。而且，学生在面对一个信息庞杂、客观真实的原始问题，很难找到可以直接应用的物理模型，在解决原始问题时必然需要对生活现象关注，它的解决过程必然是探索和发现的过程。在原始物理问题解决的过程中，原始问题把每个物理量镶嵌在真实的物理现象中而不是直接给出。这样在远离了熟悉的物理习题后，学生的思维将脱离线性的平衡态而进入非线性的非平衡态，进行综合考虑问题，深化、活化物理概念、规律等，学生根据面临的情境， 通过假设、估计等手段获得所需的物理量， 再构造出理想的物理模型， 经过一层层的“ 剥开” 过程， 最终使结论“ 破茧而出”。

四、基于原始问题解决的高中物理模型教学的课堂模式

首先，创设贴近学生生活又富有时代气息的实际生活情境问题，这些中包含一些相关数据，以便降低难度。 这类问题情境的创设过程中，教师可以充分利用各种教学手段，例如展示实物或图片，实验、视频资料，等等，激发学生的求知欲望。

其次，探究建模，让学生对所创设的问题情境仔细思考，进行分析，分小组进行讨论，教师引导，继而建立相应的模型。在这一环节中教师要尽量调动学生主动参与的积极性，让学生参与模型的建立过程。让学生在探究建模的过程中深刻理解建模的条件，以便真正理解所建立的物理模型，深刻掌握物理模型的建立方法。

再次，模型的应用，利用模型形成概念和规律、应用物理模型解决问题。

最后，变式训练，教师提供新的类似的问题情境，考查学生应用物理模型解决新的问题情况，既可达到巩固建立的模型的目的和培养学生的模型迁移能力，又可以了解教学过程中的不足。

整个过程中教师都必须要注意及时采集到学生建模方面的信息，一旦发现思维偏差，就要及时给予点拨，同时根据学生的反映调整自己的教学安排。

我相信，通过一定数量的原始物理问题训练，当学生在解决实际物理问题时，各种各样解决问题的策略就能够迅速地检索得出，而不是单纯地生搬硬套。学生对原始物理问题的创造性解决，有助于增强学生的创造欲望，增强学生的创新意识和自信心，促使学生不断去创新，很好地培养学生的能力。

参考文献：

［1］于克明.原始问题与能力培养［J］.大学物理，1997.5，44.

［2］邢红军，陈清梅.论原始物理问题的教育价值及其启示［J］.课程教材教法，2005，(1).

［3］林纯镇，吴崇试.我国赴美物理研究生考试历届试题集解序［M］.高教版，1985，5.

［4］王静，邢红军.原始物理问题的特性及其教育功能.，平顶山师专学报，2004，10.