新課程背景下的物理模型構建策略及有效教學

1、新課程背景下的物理模型構建策略及有效教學摘 要：近年來江蘇高考中出現(xiàn)了一些以實際生活問題為背景立意命題的試題，旨在考察學生在解決實際問題當中如何構建物理模型、運用數(shù)學方法處理物理問題的才能，而這些題也恰恰是學生失分最多的一類題，通過兩個詳細的案例來討論如何培養(yǎng)學生的建模意識和進步學生自主探究、自主建構、自主創(chuàng)新的才能，進步高三物理復習的有效性。關鍵詞：物理模型；自主探究；創(chuàng)新遷移；有效教學物理模型是典型的物理問題，是同一類根底知識、物理過程、思維過程的高度概括；是同一類問題，經(jīng)過人們去粗取精后找出來的最本質的知識、才能、思維的結合體。學生認識了它、掌握了它，就可以利用它去分析、理解和解決同一類

2、問題。雖然新課程一直強調理論聯(lián)絡實際，但是學生解決實際問題的才能仍然很低，原因在哪里？高考中的實際生活問題，是命題者在物理模型的根底上精心加工編擬新的背景而成。試題在可能的情況下向學生提供原始的材料，要求學生“從實際問題中抽象出物理模型，考察學生“分析問題、解決問題才能和“理論聯(lián)絡實際才能。而學生所缺的“解決實際問題的才能實際上就是將實際問題變成適宜的物理模型的才能。如何通過教師的引導讓學生學會自主探究、自主建構，從而培養(yǎng)學生的建模意識，進步學生的創(chuàng)新思維才能，下面就通過兩個詳細的案例來闡述。一、抓住物理模型本質特征，通過遷移構建物理模型在某些實際問題中，我們可以發(fā)現(xiàn)實際問題中的原型A與我們原

3、型B有著許多共同或相似的聯(lián)絡，由此我們可以用類比、等效的方法來推測出原型A與原型B的物理模型也應該相似或相近，從而來建立原型A的物理模型?！纠}1】如下列圖，一比荷為105C/kg的帶正電粒子A以速度v0=104m/s從O點沿y軸正方向射入磁感應強度為B=1T的圓形勻強磁場區(qū)域圖中未畫出，磁場方向垂直紙面向外。粒子飛出磁場區(qū)域后，經(jīng)過一段時間又從P處經(jīng)過x軸，速度方向與x軸正方向的夾角為30°，同時進入場強為E= ×103V/m、方向沿與x軸正方向成60°角斜向上的勻強電場中。粒子的重力不計，試問在A進入電場的同時，在電場中適當?shù)奈恢糜伸o止釋放另一與A完全一樣的帶

4、電粒子B，可使兩粒子在分開電場前相遇。求所有滿足條件的釋放點的集合不計兩粒子之間的互相作用力?！窘?jīng)典實驗】在研究平拋運動的規(guī)律時，有個非常經(jīng)典的實驗：如圖1所示，用小錘打擊彈性金屬片，A球就程度飛出，同時B球被松開，做自由落體運動，改變小錘的打擊力度，兩球總能同時落到地面，這個實驗說明什么規(guī)律？仔細分析發(fā)現(xiàn)題中的原型與上述原型存在許多相似的運動規(guī)律?！灸Ｐ蛻谩咳鐖D2所示，用線懸掛的圓環(huán)鏈由直徑為5 cm的圓環(huán)連接而成，槍管程度放置，槍管跟環(huán)5在同一程度面上，且兩者相距100 m，子彈初速度為1000 m/s。假設在開槍的同時燒斷懸線，子彈應穿過第幾個環(huán) A.5 B.4 C.3 D.2【模型拓

5、展】如圖3所示，假設在A球以某一初速度v0程度射出的同時，在空中適當?shù)奈恢糜伸o止釋放另一與A完全一樣的小球B，可使兩球在落地前相遇。求所有滿足條件的釋放點的集合。解析：在AB之間的任意位置釋放小球B，可使兩小球在落地前相遇?！緞?chuàng)新遷移】由于粒子B與A完全一樣，所以只需在A分開磁場時速度方向的直線上PQ之間任一點釋放粒子B，可保證兩者在分開電場前相碰。即在直線y= x+ 上滿足條件的點釋放小球B，都能滿足要求，其中x的取值范圍：0.3 mx1.05 m。評析：此題是帶電粒子在電場中的類平拋運動問題PQ，通過對平拋運動經(jīng)典實驗的回憶及其模型拓展的探究，構建平拋運動中的相遇問題模型。此題本質上是圖3

6、所示模型在電場中的創(chuàng)新遷移，注重對學生靈敏遷移才能的培養(yǎng)。二、抓住物理模型本質特征，通過創(chuàng)新整合構建物理模型在某些實際問題中，我們可以發(fā)現(xiàn)不同的物理模型之間具有相似的本質特征，為此，我們可以在原型的根底上，通過創(chuàng)新整合構建新的物理模型。2假設u2=kt，光斑在熒光屏上做什么運動？速度多大？3假設u2=t2，光斑在熒光屏上做什么運動？加速度多大？【經(jīng)典模型】此題以電子顯示儀為背景命題，考察學生熟悉的模型：電子的直線加速和類平拋運動。電子進入偏轉電場后做類平拋運動：t1=側移y1= 偏轉角tan= =電子射到熒光屏時的速度方向tan=2假設u2=kt，那么y= kt由表達式可知，y與時間t成正比，

7、所以光斑在熒光屏上做勻速直線運動，速度的大小為v= k3假設u2=t2，那么y= t2由表達式可知，y與時間t2成正比，所以光斑在熒光屏上做勻加速直線運動，加速度的大小為a= .【模型拓展】假設u2=u0sint，為了能在熒光屏上看到做簡諧運動的光斑，應對上述裝置作何改進？【簡諧運動模型】單擺往復運動的軌跡是一條直線，為了能更明晰地理解振動的規(guī)律，是如何通過實驗得到振動圖像的？實驗方案創(chuàng)新設計的源泉是什么？解析：振動圖像其實是單擺的簡諧運動和木板的勻速直線運動兩個運動的合成，運動的合成就是該實驗方案的創(chuàng)新之處?！灸Ｐ蛣?chuàng)新】經(jīng)過討論后，學生恍然大悟，改進后的模型裝置：為了能在熒光屏上看到做簡諧運

8、動的光斑，在yy上加偏轉電壓uYY=u0sint，在xx上加掃描電壓uXX=kt。評析：經(jīng)典模型和簡諧運動模型為模型的創(chuàng)新設計搭建了合理的支架，讓學生插上了想象的翅膀，是模型創(chuàng)新的源泉。通過有效情境的創(chuàng)設，引導學生在回憶簡諧運動模型的根底上，創(chuàng)新整合自主構建示波管的模型，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新遷移才能。一座高樓沒有梯子，平常人是不可能上去的，因為沒有飛翔的翅膀；沒有腳手架，一座座高樓不可能拔地而起。作為教師，應創(chuàng)設有效的教學情境、搭建思維的“支架，有效引導學生進展自主探究、自主構建、自主創(chuàng)新，確保探究的有效、自學的高效。課上，教師通過有效情境的創(chuàng)設和問題鏈的設置，不斷引發(fā)學生的認知沖突，使學生帶著求知的渴望主動地去探究，不斷點燃學生探究創(chuàng)新的欲望，在不知不覺中打破了教學的難點、突出了教學的重點，有效地完成了教學任務。課上，從回憶經(jīng)典到拓展探究、從模型的自主