物理模型教学实践_硕士学位论文(编辑修改稿)

物理模型教学实践_硕士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

方面的参考。 （ 2）调查法： 调查法 是 为 了达 到设 想的目 的， 制定 某一 计划 全面或 比较全面地收集研究对象的某一方面情况的各种材料，并作出分析、综合，得到某一 结论的研究方 法，就是 调查法。 它的目的可以是全面把握当前的状况，也可以是为了揭示存在的问题，弄清前因后果，为进一步的研究或决策提供观点和论据。 本文就 是在 笔者 进行 的多年 的教 学过 程基 础上 ，认真 搜集学生反馈的各方面的信息，再对这些信息进行了不断地分析，从而得到的观点、看法和结论。 10 （ 3） 比较法： 比较法 是通过观察，分析，找出研 究对象的相同点 和不同点，它是认识事物的一种基本方法。 本文 在运用比较 法的 过程中，主要进行了 横向比 较。 通过与对照班的横向比较，可以 体现 建模思想教学的优势所在。 11 第 二 章 理论 概述 物理模型理论概述 模型一词起源于拉丁文的“ moldulus”，其初始含义是样本、标准和尺度。 粗略地讲 就是为了某种 特定的目的而对 研究对象所作的一种简化的描述。 模型是人类认识自然的必要途径，也是理论思维的一种方式。 在物理学的研究 中，往往 是先提出恰当的 模型，然后才能得出简明的运动规律，建立适宜的理论体系。 恰当的模型，可以概括已知的事实，这些事实经一定的理论联系在一起，得到统一的解释，而建立在可 靠 事实基础上 的理论进一步又 能预言新的事实，指导人们做出新的 发现。 虽然中 学物理教材中介 绍了较多的物理模型，但未明 确模型的分类 ，致使学生 ， 甚至部分 教师认为只有质点、单摆 、薄透镜 、点电荷等才 是物理模型。 关于物理 模型，首先要理解其概念实质。 物理模型根据研究对象大致分为四类： (1)实体模型，也称 对象模型 ，即理想化的 研究对象。 如“质 点”、“点电荷”、“单摆”、“点光源”等。 (2)过程模型，即理想化的物理过程。 如“匀速直线运动”、“自由落体运动”、“简谐运动”等。 (3)条件模型，即理想化 的环境条件，如“光滑水平面”、“不可 伸长的绳”、“真空”等不作为研究对象的实体模型。 (4)结构模型，即理想化的物体结构模型。 如原子结构的“枣糕模型”和“核式模型”等。 本文所要论述属于第二类模型，即过程模型。 【太原教育学院学报 2020年第 4期 沈伟强】 物理学是由一系列原理相关联的物理模型组成的复杂网络。 物理模型是物理学知识结构的基本单元。 我们的学习是通过建立和使用科学模型来描述、解释、揭示物理现象和规律的。 在物理学习中我们经常会将物理图景、本质相近的问题归为一类，并对他们的条件、过程进行合理 的抽象、简化并归纳 总结出这类问题的研究模式，使这 类问题的思维程序化，这就是物理模型。 12 皮亚杰认知心理学 皮亚杰认为智力结构的基本单位是图式，它是指有组织的思考或行动的模式，是用来了解周围世界的认知结构。 他认为心理结构的发展涉及图式、同化、顺应和平衡。 图示 图式是指个体对世界的知觉、理解和思考的方式 ，动作的结构或组织。 这些动 作在相同或类似 环境中由于不 断重复而得到迁移或概括。 主体之所以对环 境因素的刺激 做出 不同的反应，这是因为每个主体的图式不同，以不同的内在因素去同化这种刺激，做出 不同的反应。 图示是皮亚杰理论中的一个核心概念。 同化是指个体将 外界 信息纳入到已 有的认知结构的 过程，但是有些信息与现存的认知结构不十分吻合，这时个体就要改变认知结构，这个过 程即是顺应。 平衡是一 种心理状态 ，当个体已有的认知结构能够轻松地同化环境中的新经验时，就会感到平衡，否则就会感到失衡。 心理状态的失衡驱使个体采取行动调整或改变现有的认知结构，以达到新的平衡。 平衡是一个动态的过程，个体在平衡 — 失衡 — 新的平衡中，实现了 认知的发展。 我们可以把图式看作是心理活动的框架或组织结构。 在皮亚杰看来，图式可以说是认知结构的起点和核心，或者说是人类认识事物的基础。 因此，图式的形成和变化是 认知发展的实质。 同 化 （ assimilation） 同化原本是一个 生物学的概念 ，它是指有机 体把外部要素整合进自己结构中去的过程。 在认知发展理论中，同化是指个体对刺激输入的过滤或改变的过程。 （邵瑞珍， 1990 年）。 顺 应 （ acmodation） 顺 应 是指有机体调节自己内部结构以适应特定刺激情境的过程。 顺 应 是与同化伴随而 行的。 当个体遇到不 能用原有图式来同化 新的刺激时，便要对原 有图式加以修改 或重建，以适应环境，这就是顺 应 的过程。 可见就 本质而言，同化主要 是指个体对环境的作用 ；顺 应 主要是指环境对个体的作用。 皮亚杰用同化和顺 应 过程来说 明认识，旨在表明这样的观点：一切认识都离不开认知 图式的同化与 顺 应。 认识既是认知图式顺化于外物，又 是外物同化于认 知图式这两个 对立统一过程的13 产物 同化只是数量上 的变化，不能引起图 式的改变或创新；而顺应则是质量上的变化，促进创立新图式或调整原有图式。 平衡（ equilibration） 平衡 是指 个体 通过 自我 调节 机制 使认 知发 展从 一个 平衡状态向另一种较高平衡状态过滤的过程。 平衡状态不是绝对静止的，一种较低水 平的平衡状态 ，通过个 体与环 境相互作 用，就会过渡到一种较高水平的平衡状态。 平衡的这种连续不断的发展，就是整个认知发展的过程（皮亚杰， 1981）。 皮亚杰认知心理学对高中物理教学的启示 皮亚杰 的发 展理 论对 教育 教学 实践 有很 大的 影响。 许 多心 理发展研究与课程论都是建立在皮亚杰理论基础上的。 他的理论对教育工作者的理论研究和实践探索都有重要的价值。 在皮亚杰看来，认知发展是以 学生已有的认知 结构为基础的 ，并以已有图式与环境相互作用而产生的认知需要为动力。 教师要成为学生认知的帮助者，就要求教师在教学过程中从以下几个 方面发挥指导作用： (1)激发学 生的 学习兴趣，帮助 学生形成学习动机； (2)通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索，帮助学生 建 立有效的认知 图式 ； (3)为了使意义 认知 更有效，教师应 在可能的条 件下组织 协作学习 (开展 讨论与交 流 )，并对协作学习过程进行引导使之朝有利于 学 生 建 立 有 效图 式 的方向发展。 引导的方法包括：提出 适当的问题以 引起学生的思考和讨论；在讨论中 设法把问题一步 步引向深入以 加深学生对所学内容的理解；要启发诱导学 生自己去发现 规律、自己去纠正和补充错误的或片面的认识。 通过同化和顺应建立有效的图式。 14 第三章 帮助学生建立有 效的物理模型 建立正确的“图式” 从皮亚 杰认 知理 论我 们知 道， 图式 是认 知的 核心 ，图 式的 正确是 解决问题的前提，所以应该首先建立正确的图式，在这里也就是对物理知识有清晰的认识，物理知识主要是物理 概念 和规律。 知识点清晰 高中物理的知识点是由概念和规律组成， 任何一 个物理概念和规律 都是内涵和外 延的统一，我 们通常所说的 使学生掌握物理概念 和规律 ，一方面指的是 要理解物理概 念 和规律 的内涵，同时也要求明确其外延。 所谓外延，即概念所涉及的范围和条件，公式的适用范围和成立条件。 教学实践告诉我们，使学生弄清概念的外 延是深化对概念 的理解、正确 运用物理概念 解决实际问题的前提条件。 物理学的研究对象是自然界中的客观物体及其运动规律。 在讲解概念时，应 展开充分的分 析、讨论 ，让学生 弄清概念的来龙去脉，明确概念的形成过程，以达 到对概念内涵 的准确理解和掌握。 加强知识训练环 节，反复矫正 ， 反复巩固，加深理解。 用一些生动的物理实验或物理现象给学生以更强烈地刺激，形成鲜明的对比， 使学生头脑中形成 清晰的概念和规律。 建立正确的知识点网络 建立知识网络的基本思路是纵横结合、条块结合。 以知识点在教材中出现的先后次序或因果关系为脉络，将相 关知识纵向联系形成经线，然后再以经线 上的每一个知 识点为中心，通过分析比较，发现相关知识点之间的内在联系以及它们的共性和差异，形成纬线，甚至在有些重要 知识点周围发 散开来，形成密集的知识块。 形成正确的模型 15 在大多数情况下，传统物理教学及有关问题的训练，往往直接给出简化后的物理对象或物理图景，因而在问题的处理上，学生缺乏 对物 理对象 和物 理场景 做理 想化 处理的 方法 和能 力。 也就 是建模的过程。 这就像吃 饭没有经过咀 嚼，而直接咽到肚子里的食物， 不知道其中的味道。 例如：学生习惯于解决细线 悬挂小球的摆 动问题，而对小 孩荡千秋却一筹莫展。 学生习惯于解决小球过顶的圆周运动问题，而对汽车过拱桥的问题却束手无策，困难在于： （ 1） 、学生缺乏准确的物理 模型。 在实际问题的众 多对象中，思维容易受到问题表象的干扰，很难抓住对象本质特征，因而难以从实际问题中抽象出物理图景和物理模型，形成认识上的思维障碍。 （ 2） 、学生缺乏 程序化的思维 训练。 由 于现行教材 、教科书中应用性的生活事例很少，学生在学习新知识时，缺少该环节的思维训练，在问题的应用上，学生 仍然习惯于传 统的认识经验和思维习惯，久而久之，就认为物理 就是代代公式的 数学运算而已，因而 淡化了物理思维 的训练，形成方法上 的思维障碍。 因此在今后的物理教学中必须重视图象 、 图景的教 学，加强学生的应用能力的培养，提高解决实际问题的能力。 建立有效的物理模型 充分展示知 识发生发展的过 程，帮助学生 建立准确的物理模型。 传统的物理教材安排的教学内容都是已经 经历 选择 、压缩、改造 ，从 而 更 具 典型化和简约 化，更具 高度的抽象性。 若是照本宣科，学生很难 理解所学内容 ，而若能 充分利用图形图 片、电视录像、多媒体课件等手段再 现知识发生发 展的变化过程，用图文并茂的方式向学生提供信息，降低学生学习的难度，并将物理 学研究问题的方法和物理思想寓于情景的建立和分析过程中， 就能促进学生开展分析问题的思维活动， 使其能 自然地 “ 悟 ” 出其中的道理和规律，从而潜移默化 ，使学生 掌握分析物理过 程、建立正确物理情景和模 型 的方法，建立准确的物 理模型。 例 如，在讲解单摆模型时，展示 伽利略 观察油灯等时 摆动的图片或动 画，再现模型建立的思维过程。 让学生身临其境，感知分析物理过程的16 方法，建立准确的单摆 模型。 再如，在讲解小 球自由下落，与正下方竖直固定的弹簧碰撞的整个过程中的能量转化及速度和加速度的变化时，可以用 flash 动画的形式 展现给同学，让学生能够得 到一个直观的画 面情景。 在讲 完此题后不要 接着就讲下一道题，而是要将题中包含的知 识点在强调一 遍，将题中蕴含的规律提炼出来，及一 反三，让 学生知道这不 是一道题 ，而是某一类或某一个物理规律的体现。 这样 ，学生理 解了模型的本质 ，就不会“ 只见 树木 不见森 林 ”。 如果 下次 遇到 涉及同 样知 识的问 题，学生就不会概念模糊，思维混乱，张冠李戴或者机械地套用公式了。 进行有效的模型思维训练 教师在 平时 的物 理课 堂教 学中 应该 注重 建立 物理 模型 的相 关训练。 对于物理模型的建立。