【在物理建模教学中培养学生的辨别技能】物理建模
时间：2019-01-17 03:35:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：在物理模型、辨别技能等理论的基础上，提出了在物理建模教学中培养学生辨别技能的步骤和方法，并举出相应的教学案例。最后列出影响学生在物理建模学习中辨别技能的因素。 关键词：物理模型方法；辨别技能；实施原则；因材施教
中图分类号：G633．7文献标志码：A文章编号：1002－0845(2006)10－0081－02
一、物理模型的概念
物理模型是物理学中的理想化方法之一。著名的法国物理学家拉普拉斯说：“普通的定律表现在特殊的现象里，而特殊的事例常掺杂许多外来的因素，只有用巧妙的心思才能将它们分开而发现定律。”纵观物理学史，物理模型在物理学的产生与发展过程中发挥了重大的作用。物理学的发展，可以说是建立物理模型和用新的物理模型代替旧的物理模型的过程。物理模型的方法是物理学研究的一种重要方法，实际的物理现象或物理过程一般都是十分复杂的，涉及到众多的因素。对实际问题进行科学的抽象化处理，抓住其主要因素，忽略其次要因素，得出一种能反映原物体本质特征的理想物质(过程)或假设结构，此种理想物质(过程)或假设结构就称之为物理模型。
二、物理建模中辨别技能的概念
在建立物理模型的过程中学习者能觉察出事物(任务)的重要成分，集中注意于某细节而避免其他因素的干扰，即突出事物的主要因素，忽略其他次要的、不必要的因素的影响的智力活动方式叫做物理建模中的辨别技能。
三、在物理建模教学中培养学生辨别技能的步骤
第一，使学生做好学习准备。(1)建立学习建模的意向。首先使学生对某个物理知识点产生注意，并辨认其特征。其次使学生致力于寻找把该物理知识点与其他相关物理知识点区分出来的特征，这种积极的寻找行为可以引导师生在高水平上进行建模。(2)使学生意识到辨别在学习建模中的两个目的。首先为防止在物理建模的学习中出现混淆和不必要的搜寻；其次使学生有可能主动与以往学过的物理知识建立联系并进行区别。(3)给学生提供有关所学物理模型之间的关系。
第二，准备相关的有效的物理中心知识点和干扰知识点。
第三，帮助学生获得辨认中心知识点和干扰知识点的策略。获得这种策略有两个主要作用：一是正确识别中心知识点和干扰知识点；二是减少外部反馈的需要，甚至完全消除这种需要。
第四，帮助学生完全理解物理模型。
第五，帮助学生学会使用物理模型。学生已经掌握的物理模型可用于理解概念、原理，理解物理分类和其他层次关系以及解决问题。
第六，提供及时的信息反馈。学生在建模学习中需要他们明确中心知识点信息和干扰知识点信息，明确究竟提供多少反馈给学生，掌握依赖于所学会的物理知识的实质性的深度、广度和检验自己理解程度的策略。及时的反馈，可以使学生认识到他们是否充分理解和掌握了物理模型。通常，在得到反馈之后，学生们会比以前学得更好。
第七，使学生掌握在物理建模教学中培养辨别技能的一般步骤：(1)分析问题；(2)运用合适的建模方法；(3)建立模型；(4)求解并检验模型；(5)对所运用的物理辨别方法进行回顾。
四、在物理建模教学中培养学生物理辨别技能的方法
一是扩大差异法，即扩大主要因素法或缩小次要因素法。
二是条件转变法，即在进行物理辨别时，如果面临的条件比较复杂，可以将条件进行转化，即将其变换成同类的别的条件，看其对题中的结果有无影响，以减少辨别的负担，增加辨别学习的成功率。
三是类比模拟法，类比是一种逻辑推理形式。该法是指应用两种物理现象和两种物理规律之间的相似或相同来解决物理问题的方法。在物理建模学习中，要善于从自然界或者已有成果中，寻找与创造对象相类似的东西，加以模拟，迅速、正确地达到目的。从个体成长过程看，模仿是学习的先导之一，但我们追求的是在模仿中进行辨别。学生在学习中，要培养自己动脑的能力，从类比模拟中求辨别。类比的方法很多，常用的有直接类比法、象证类比法、因果类比法、对称类比法、综合类比法等。
四是变异法，变换诸多物理因素中的干扰因素，而不变换进行辨别的原因因素和辨别的结果，依次让学生进行物理建模辨别技能的学习。
五是直观法，将学生面临的物理问题诸因素以直观的形式表示出来，如利用列举、图表、图像等手段层次清晰地呈现在学生面前，为正确的物理建模辨别技能的学习做好准备。五、案例
1997年8月在日本举行的国际学术会上，一名美国宇航员作报告说他登上了距我们2．98亿千米的星体（如图１）。他站在这一星体表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L，若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为31/2L(如图２)。已知两落地点在同一水平上，该星球半径为R。万有引力常数为G。该星球的质量为M。
第一步：剔除干扰因素(根据解决具体问题的需要)。此时可以用信息转换剔除法。
剔除易辨别的干扰因素，如：事件发生的时间、地点等多余信息。做题时可以用铅笔将多余的部分划去或者将必要的部分划线保留，在本例题中年代的改变不改变问题的结果。剩余的部分为：
一名美国宇航员登上了距我们2．98×1030千米的星体。他站在这一星体表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L，若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为31/2L。已知两落地点在同一水平上，该星球的半径为R。万有引力常数为G。该星球的质量为M。
剔除干扰较大、不易辨别的因素。在本例题中，距我们的距离值也不改变问题的结果。做题时可以用铅笔再将多余的部分划去或者将必要的部分划线保留，剩余的部分为：
一名美国宇航员站在一星体表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L，若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为31/2L。已知两落地点在同一水平上，该星球的半径为R。万有引力常数为G。该星球的质量为M。
第二步：建立物理模型。可用扩大差异法、类比模拟法。
本题中涉及两个方面：（１）可以用扩大差异法，抛出点与落地点之间的距离L相对于星体的大小很小，在建立模型时，将星体的表面相对于距离L可以看做直线，视小球为一个质点，便知小球的运动为平抛运动。即题目中的图形就成为图2。（２）可以用类比模拟法，类比于书上的题目(平抛运动)。
解：首先虚拟物理模型：设该星球上的表面有一个质量为m的物体，若星球表面的引力加速度为g，则由万有引力定律可得GMm/R=mg，即为GM=R2g。上式称为黄金代换式。若能求得g便可根据此式求得M，于是要对题设的平抛运动加以研究。这就需要考生将在该星球平抛运动与在地球表面上的平抛运动进行类比模拟，设抛出点的高度为h，第一、二次平抛的水平射程分别为x、2x，则有：x2+h2=L2，
(2x)2+h2=(31/2L)2，h=1／2gt2
由上述三式可得g=2L/31/2t2。综合上述讨论可得
M=2×31/2LR2/3Gt2。
六、影响学生在物理建模中形成辨别技能的因素
1．个人变量：个人变量既包括不大受时间影响的持久的属性(如，学生在学习某些内容后，能够预测自己能辨别的项目的程度)，也包括暂时的属性(学生能够说出自己能否正确地辨别学习的内容，学生对自己是否做好了辨别的准备的监控能力)。
2．任务变量：有些类型信息的辨别比其他信息更难些，即关于学习材料的性质的方面。待解决问题的材料的呈现方式与问题的解决有很大的关系。
3．策略变量：学生通过经验，会逐步形成有关物理辨别策略方面的知识，即关于有效策略的范围与组合方式。提取信息的一种有效的技能，是要认识到彻底搜寻所需信息的必要性，并知道如何去做。有的心理学家把检索与监控作为学生用来确保物理建模符合逻辑的策略。
4．各变量之间的相互作用；弗拉维尔强调指出，我们不能孤立地考虑个人变量、任务变量和策略变量，而应把它们结合起来考虑，分析在特定情况下各种变量的综合影响。
学生随着年龄增长，对物理知识的了解逐渐增多，越来越善于使用适当的策略来处理物理信息。他们逐渐意识到各种个人变量、任务变量和策略变量，以及它们之间关系对解决物理问题的作用。中学生对教师告诉的策略有依赖性。作为教师，不仅要了解学生辨别技能发展的规律，而且要关注如何通过教学提高学生的辨别技能，并应用于新的学习情景。同时，教师必须随时了解学生是否知道怎样建立和应用物理模型，是否具备解决的策略所需要的技能。
参考文献：
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〔责任编辑：邹芳启〕
