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一、问题的提出
高中物理教学中,学生的“知行”问题是师生不得不面对的问题,“知”与“行”的严重脱节打击了学生学习物理的积极性,降低了课堂教学的效果.笔者依据自己在教学中的实践,发现采用模型类比,可以有效的拉近“知”与“行”之间的距离,增加学生学习的成功感.下面就自己的教学体会,谈谈模型类比在学生物理学习中的应用.
二、物理模型呈现的方式
为了形象、简捷的处理物理问题,人们经常把复杂的实际情况转化成一定的容易接受的简单的物理情境,从而形成一定的经验性的规律,即建立物理模型.
物理模型建立流程图(如图1):
图1在物理考题中,物理模型通常以直接模型或间接模型两种方式呈现.
直接模型:物理情景的描述能够直接在大脑中形成时空图像,称之为直接模型.
间接模型:物理情景的描述在阅读后不能够直接在大脑中形成时空图像,而是要再通过思维加工才形成的时空图像,就称之为间接模型.
学生解决问题缺少的恰恰就是思维加工形成新图像,洞悉间接模型.于是就出现了不能用已有的物理知识去驾驭新情景,研究新问题.解决这种情况的关键就是处理好“新信息”和“直接模型”类比问题,认识到新问题中的物理本质,从而顺利解决新问题.
三、模型类比的过程
那么对于以间接模型呈现的问题,处理的关键就是采集信息.这里新信息的关键要素:物理对象、物理过程、物理条件,通过类比直接模型,解构间接模型,从而将新情景问题转化为常规问题.
物理模型类比流程图(如图2):
图2例题(2012年江苏)某缓冲装置的理想模型如图3所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f,轻杆向右移动不超过l时,装置可安全工作.一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧,将导致轻杆向右移动14.轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦.
(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x.
(2)求为使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度vm.
(3)讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v′和撞击速度v的关系.
图3解:(1)轻杆开始移动时,弹簧的弹力等于轻杆所受的摩擦力
kx=f.①
x=fk.②
(2)设轻杆移动前小车对轻杆做功为W,则小车从撞击到停止的过程,以小车、弹簧、轻杆为研究对象,根据功能关系得:12mv20=W+f•l4.③
同理,小车以vm撞击弹簧时,12mv2m=W+f•l.④
解得vm=v20+3fl2m.⑤
(3)设轻杆恰好移动,小车撞击速度为v1,
12mv21=W.⑥
根据③⑥得v1=v20-fl2m.
当v 当v20-fl2m≤v≤v20+3fl2m时,v′=v20-fl2m.
四、模型类比的意义
1.物理模型类比有助于学生进一步理解物理概念、规律
在物理学习中,恰当的、有意识的类比可以强化学生对概念、规律的认识,比如上例中类比,就使学生增强了对惯性的理解.恰恰是因为轻杆无质量,所以它不受惯性的束缚.
2.物理模型类比有助于学生知识的迁移
模型类比使学生把所学知识迁移到新问题中.比如在研究带电粒子在电场中的偏转问题时,学生可以把对平抛运动的研究过程迁移到其中,通过类比,从而建立起电粒子在电场中运动的特征和规律.
3.模型类比有助于发展学生的联想思维,培养推理能力
联想思维是指在人脑内记忆表象,由于某种诱因使不同表象发生联系的一种思维活动,以不同事物间的相同、相似为纽带,探求一种由此及彼的关系.为此,运用物理模型类比,引导学生进行联想思维,能提高学生的分析推理能力.
新课改要求物理教学要增加联系生产生活的实际问题和高新科技内容,使物理知识更贴近生活实际.“模型类比”就可以使学生迅速适应新内容,通过掌握的基本模型,可以顺利研究新模型,促进学生综合能力的培养,加强知识之间的链接与迁移,大大提高了学习效率.
高中物理教学中,学生的“知行”问题是师生不得不面对的问题,“知”与“行”的严重脱节打击了学生学习物理的积极性,降低了课堂教学的效果.笔者依据自己在教学中的实践,发现采用模型类比,可以有效的拉近“知”与“行”之间的距离,增加学生学习的成功感.下面就自己的教学体会,谈谈模型类比在学生物理学习中的应用.
二、物理模型呈现的方式
为了形象、简捷的处理物理问题,人们经常把复杂的实际情况转化成一定的容易接受的简单的物理情境,从而形成一定的经验性的规律,即建立物理模型.
物理模型建立流程图(如图1):
图1在物理考题中,物理模型通常以直接模型或间接模型两种方式呈现.
直接模型:物理情景的描述能够直接在大脑中形成时空图像,称之为直接模型.
间接模型:物理情景的描述在阅读后不能够直接在大脑中形成时空图像,而是要再通过思维加工才形成的时空图像,就称之为间接模型.
学生解决问题缺少的恰恰就是思维加工形成新图像,洞悉间接模型.于是就出现了不能用已有的物理知识去驾驭新情景,研究新问题.解决这种情况的关键就是处理好“新信息”和“直接模型”类比问题,认识到新问题中的物理本质,从而顺利解决新问题.
三、模型类比的过程
那么对于以间接模型呈现的问题,处理的关键就是采集信息.这里新信息的关键要素:物理对象、物理过程、物理条件,通过类比直接模型,解构间接模型,从而将新情景问题转化为常规问题.
物理模型类比流程图(如图2):
图2例题(2012年江苏)某缓冲装置的理想模型如图3所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f,轻杆向右移动不超过l时,装置可安全工作.一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧,将导致轻杆向右移动14.轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦.
(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x.
(2)求为使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度vm.
(3)讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v′和撞击速度v的关系.
图3解:(1)轻杆开始移动时,弹簧的弹力等于轻杆所受的摩擦力
kx=f.①
x=fk.②
(2)设轻杆移动前小车对轻杆做功为W,则小车从撞击到停止的过程,以小车、弹簧、轻杆为研究对象,根据功能关系得:12mv20=W+f•l4.③
同理,小车以vm撞击弹簧时,12mv2m=W+f•l.④
解得vm=v20+3fl2m.⑤
(3)设轻杆恰好移动,小车撞击速度为v1,
12mv21=W.⑥
根据③⑥得v1=v20-fl2m.
当v
四、模型类比的意义
1.物理模型类比有助于学生进一步理解物理概念、规律
在物理学习中,恰当的、有意识的类比可以强化学生对概念、规律的认识,比如上例中类比,就使学生增强了对惯性的理解.恰恰是因为轻杆无质量,所以它不受惯性的束缚.
2.物理模型类比有助于学生知识的迁移
模型类比使学生把所学知识迁移到新问题中.比如在研究带电粒子在电场中的偏转问题时,学生可以把对平抛运动的研究过程迁移到其中,通过类比,从而建立起电粒子在电场中运动的特征和规律.
3.模型类比有助于发展学生的联想思维,培养推理能力
联想思维是指在人脑内记忆表象,由于某种诱因使不同表象发生联系的一种思维活动,以不同事物间的相同、相似为纽带,探求一种由此及彼的关系.为此,运用物理模型类比,引导学生进行联想思维,能提高学生的分析推理能力.
新课改要求物理教学要增加联系生产生活的实际问题和高新科技内容,使物理知识更贴近生活实际.“模型类比”就可以使学生迅速适应新内容,通过掌握的基本模型,可以顺利研究新模型,促进学生综合能力的培养,加强知识之间的链接与迁移,大大提高了学习效率.