學(xué)科教育論文-在物理建模教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的辨別技能.doc

學(xué)科教育論文-在物理建模教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的辨別技能摘要：在物理模型、辨別技能代寫(xiě)論文等理論的基礎(chǔ)上，提出了在物理建模教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生辨別技能的步驟和方法，并舉出相應(yīng)的教學(xué)案例。最后列出影響學(xué)生在物理建模學(xué)習(xí)中辨別技能的因素。關(guān)鍵詞：物理模型方法；辨別技能；實(shí)施原則；因材施教一、物理模型的概念物理模型是物理學(xué)中的理想化方法之一。著名的法國(guó)物理學(xué)家拉普拉斯說(shuō)：“普通的定律表現(xiàn)在特殊的現(xiàn)象里，而特殊的事例常摻雜許多外來(lái)的因素，只有用巧妙的心思才能將它們分開(kāi)而發(fā)現(xiàn)定律。”縱觀物理學(xué)史，物理模型在物理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重大的作用。物理學(xué)的發(fā)展，可以說(shuō)是建立物理模型和用新的物理模型代替舊的物理模型的過(guò)程。物理模型的方法是物理學(xué)研究的一種重要方法，實(shí)際的物理現(xiàn)象或物理過(guò)程一般都是十分復(fù)雜的，涉及到眾多的因素。對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)的抽象化處理，抓住其主要因素，忽略其次要因素，得出一種能反映原物體本質(zhì)特征的理想物質(zhì)(過(guò)程)或假設(shè)結(jié)構(gòu)，此種理想物質(zhì)(過(guò)程)或假設(shè)結(jié)構(gòu)就稱(chēng)之為物理模型。二、物理建模中辨別技能的概念在建立物理模型的過(guò)程中學(xué)習(xí)者能覺(jué)察出事物(任務(wù))的重要成分，集中注意于某細(xì)節(jié)而避免其他因素的干擾，即突出事物的主要因素，忽略其他次要的、不必要的因素的影響的智力活動(dòng)方式叫做物理建模中的辨別技能。三、在物理建模教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生辨別技能的步驟第一，使學(xué)生做好學(xué)習(xí)準(zhǔn)備。(1)建立學(xué)習(xí)建模的意向。首先使學(xué)生對(duì)某個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生注意，并辨認(rèn)其特征。其次使學(xué)生致力于尋找把該物理知識(shí)點(diǎn)與其他相關(guān)物理知識(shí)點(diǎn)區(qū)分出來(lái)的特征，這種積極的尋找行為可以引導(dǎo)師生在高水平上進(jìn)行建模。(2)使學(xué)生意識(shí)到辨別在學(xué)習(xí)建模中的兩個(gè)目的。首先為防止在物理建模的學(xué)習(xí)中出現(xiàn)混淆和不必要的搜尋；其次使學(xué)生有可能主動(dòng)與以往學(xué)過(guò)的物理知識(shí)建立聯(lián)系并進(jìn)行區(qū)別。(3)給學(xué)生提供有關(guān)所學(xué)物理模型之間的關(guān)系。第二，準(zhǔn)備相關(guān)的有效的物理中心知識(shí)點(diǎn)和干擾知識(shí)點(diǎn)。第三，幫助學(xué)生獲得辨認(rèn)中心知識(shí)點(diǎn)和干擾知識(shí)點(diǎn)的策略。獲得這種策略有兩個(gè)主要作用：一是正確識(shí)別中心知識(shí)點(diǎn)和干擾知識(shí)點(diǎn)；二是減少外部反饋的需要，甚至完全消除這種需要。第四，幫助學(xué)生完全理解物理模型。第五，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)使用物理模型。學(xué)生已經(jīng)掌握的物理模型可用于理解概念、原理，理解物理分類(lèi)和其他層次關(guān)系以及解決問(wèn)題。第六，提供及時(shí)的信息反饋。學(xué)生在建模學(xué)習(xí)中需要他們明確中心知識(shí)點(diǎn)信息和干擾知識(shí)點(diǎn)信息，明確究竟提供多少反饋給學(xué)生，掌握依賴(lài)于所學(xué)會(huì)的物理知識(shí)的實(shí)質(zhì)性的深度、廣度和檢驗(yàn)自己理解程度的策略。及時(shí)的反饋，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到他們是否充分理解和掌握了物理模型。通常，在得到反饋之后，學(xué)生們會(huì)比以前學(xué)得更好。第七，使學(xué)生掌握在物理建模教學(xué)中培養(yǎng)辨別技能的一般步驟：(1)分析問(wèn)題；(2)運(yùn)用合適的建模方法；(3)建立模型；(4)求解并檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停?5)對(duì)所運(yùn)用的物理辨別方法進(jìn)行回顧。四、在物理建模教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生物理辨別技能的方法一是擴(kuò)大差異法，即擴(kuò)大主要因素法或縮小次要因素法。二是條件轉(zhuǎn)變法，即在進(jìn)行物理辨別時(shí)，如果面臨的條件比較復(fù)雜，可以將條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即將其變換成同類(lèi)的別的條件，看其對(duì)題中的結(jié)果有無(wú)影響，以減少辨別的負(fù)擔(dān)，增加辨別學(xué)習(xí)的成功率。三是類(lèi)比模擬法，類(lèi)比是一種邏輯推理形式。該法是指應(yīng)用兩種物理現(xiàn)象和兩種物理規(guī)律之間的相似或相同來(lái)解決物理問(wèn)題的方法。在物理建模學(xué)習(xí)中，要善于從自然界或者已有成果中，尋找與創(chuàng)造對(duì)象相類(lèi)似的東西，加以模擬，迅速、正確地達(dá)到目的。從個(gè)體成長(zhǎng)過(guò)程看，模仿是學(xué)習(xí)的先導(dǎo)之一，但我們追求的是在模仿中進(jìn)行辨別。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，要培養(yǎng)自己動(dòng)腦的能力，從類(lèi)比模擬中求辨別。類(lèi)比的方法很多，常用的有直接類(lèi)比法、象證類(lèi)比法、因果類(lèi)比法、對(duì)稱(chēng)類(lèi)比法、綜合類(lèi)比法等。四是變異法，變換諸多物理因素中的干擾因素，而不變換進(jìn)行辨別的原因因素和辨別的結(jié)果，依次讓學(xué)生進(jìn)行物理建模辨別技能的學(xué)習(xí)。五是直觀法，將學(xué)生面臨的物理問(wèn)題諸因素以直觀的形式表示出來(lái)，如利用列舉、圖表、圖像等手段層次清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，為正確的物理建模辨別技能的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。五、案例1997年8月在日本舉行的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)上，一名美國(guó)宇航員作報(bào)告說(shuō)他登上了距我們298億千米的星體（如圖）。他站在這一星體表面上的某高處，沿水平方向拋出一個(gè)小球，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，小球落到星球表面，測(cè)得拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng)，若拋出時(shí)的初速度增大到2倍，則拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為31/2L(如圖)。已知兩落地點(diǎn)在同一水平上，該星球半徑為R。萬(wàn)有引力常數(shù)為G。該星球的質(zhì)量為M。第一步：剔除干擾因素(根據(jù)解決具體問(wèn)題的需要)。此時(shí)可以用信息轉(zhuǎn)換剔除法。剔除易辨別的干擾因素，如：事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)等多余信息。做題時(shí)可以用鉛筆將多余的部分劃去或者將必要的部分劃線保留，在本例題中年代的改變不改變問(wèn)題的結(jié)果。剩余的部分為：一名美國(guó)宇航員登上了距我們2981030千米的星體。他站在這一星體表面上的某高處，沿水平方向拋出一個(gè)小球，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，小球落到星球表面，測(cè)得拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng)，若拋出時(shí)的初速度增大到2倍，則拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為31/2L。已知兩落地點(diǎn)在同一水平上，該星球的半徑為R。萬(wàn)有引力常數(shù)為G。該星球的質(zhì)量為M。剔除干擾較大、不易辨別的因素。在本例題中，距我們的距離值也不改變問(wèn)題的結(jié)果。做題時(shí)可以用鉛筆再將多余的部分劃去或者將必要的部分劃線保留，剩余的部分為：一名美國(guó)宇航員站在一星體表面上的某高處，沿水平方向拋出一個(gè)小球，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，小球落到星球表面，測(cè)得拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng)，若拋出時(shí)的初速度增大到2倍，則拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為31/2L。已知兩落地點(diǎn)在同一水平上，該星球的半徑為R。萬(wàn)有引力常數(shù)為G。該星球的質(zhì)量為M。第二步：建立物理模型?？捎脭U(kuò)大差異法、類(lèi)比模擬法。本題中涉及兩個(gè)方面：（）可以用擴(kuò)大差異法，拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離L相對(duì)于星體的大小很小，在建立模型時(shí)，將星體的表面相對(duì)于距離L可以看做直線，視小球?yàn)橐粋€(gè)質(zhì)點(diǎn)，便知小球的運(yùn)動(dòng)為平拋運(yùn)動(dòng)。即題目中的圖形就成為圖2。（）可以用類(lèi)比模擬法，類(lèi)比于書(shū)上的題目(平拋運(yùn)動(dòng))。解：首先虛擬物理模型：設(shè)該星球上的表面有一個(gè)質(zhì)量為m的物體，若星球表面的引力加速度為g，則由萬(wàn)有引力定律可得GMm/R=mg，即為GM=R2g。上式稱(chēng)為黃金代換式。若能求得g便可根據(jù)此式求得M，于是要對(duì)題設(shè)的平拋運(yùn)動(dòng)加以研究。這就需要考生將在該星球平拋運(yùn)動(dòng)與在地球表面上的平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行類(lèi)比模擬，設(shè)拋出點(diǎn)的高度為h，第一、二次平拋的水平射程分別為x、2x，則有：x2+h2=L2，(2x)2+h2=(31/2L