新課程背景下的物理模型構(gòu)建策略及有效教學(xué)

1、新課程背景下的物理模型構(gòu)建策略及有效教學(xué)摘 要：近年來(lái)江蘇高考中出現(xiàn)了一些以實(shí)際生活問(wèn)題為背景立意命題的試題，旨在考察學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題當(dāng)中如何構(gòu)建物理模型、運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理物理問(wèn)題的才能，而這些題也恰恰是學(xué)生失分最多的一類(lèi)題，通過(guò)兩個(gè)詳細(xì)的案例來(lái)討論如何培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)和進(jìn)步學(xué)生自主探究、自主建構(gòu)、自主創(chuàng)新的才能，進(jìn)步高三物理復(fù)習(xí)的有效性。關(guān)鍵詞：物理模型；自主探究；創(chuàng)新遷移；有效教學(xué)物理模型是典型的物理問(wèn)題，是同一類(lèi)根底知識(shí)、物理過(guò)程、思維過(guò)程的高度概括；是同一類(lèi)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)人們?nèi)ゴ秩【笳页鰜?lái)的最本質(zhì)的知識(shí)、才能、思維的結(jié)合體。學(xué)生認(rèn)識(shí)了它、掌握了它，就可以利用它去分析、理解和解決同一類(lèi)

2、問(wèn)題。雖然新課程一直強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際，但是學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的才能仍然很低，原因在哪里？高考中的實(shí)際生活問(wèn)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?qū)W生提供原始的材料，要求學(xué)生“從實(shí)際問(wèn)題中抽象出物理模型，考察學(xué)生“分析問(wèn)題、解決問(wèn)題才能和“理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際才能。而學(xué)生所缺的“解決實(shí)際問(wèn)題的才能實(shí)際上就是將實(shí)際問(wèn)題變成適宜的物理模型的才能。如何通過(guò)教師的引導(dǎo)讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主探究、自主建構(gòu)，從而培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)，進(jìn)步學(xué)生的創(chuàng)新思維才能，下面就通過(guò)兩個(gè)詳細(xì)的案例來(lái)闡述。一、抓住物理模型本質(zhì)特征，通過(guò)遷移構(gòu)建物理模型在某些實(shí)際問(wèn)題中，我們可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題中的原型A與我們?cè)?/p>

3、型B有著許多共同或相似的聯(lián)絡(luò)，由此我們可以用類(lèi)比、等效的方法來(lái)推測(cè)出原型A與原型B的物理模型也應(yīng)該相似或相近，從而來(lái)建立原型A的物理模型。【例題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(diǎn)沿y軸正方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域圖中未畫(huà)出，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外。粒子飛出磁場(chǎng)區(qū)域后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間又從P處經(jīng)過(guò)x軸，速度方向與x軸正方向的夾角為30°，同時(shí)進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)為E= ×103V/m、方向沿與x軸正方向成60°角斜向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。粒子的重力不計(jì)，試問(wèn)在A進(jìn)入電場(chǎng)的同時(shí)，在電場(chǎng)中適當(dāng)?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(kāi)電場(chǎng)前相遇。求所有滿(mǎn)足條件的釋放點(diǎn)的集合不計(jì)兩粒子之間的互相作用力?！窘?jīng)典實(shí)驗(yàn)】在研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，有個(gè)非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，用小錘打擊彈性金屬片，A球就程度飛出，同時(shí)B球被松開(kāi)，做自由落體運(yùn)動(dòng)，改變小錘的打擊力度，兩球總能同時(shí)落到地面，這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么規(guī)律？仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)題中的原型與上述原型存在許多相似的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！灸Ｐ蛻?yīng)用】如圖2所示，用線(xiàn)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(shè)在開(kāi)槍的同時(shí)燒斷懸線(xiàn)，子彈應(yīng)穿過(guò)第幾個(gè)環(huán) A.5 B.4 C.3 D.2【模型拓

5、展】如圖3所示，假設(shè)在A球以某一初速度v0程度射出的同時(shí)，在空中適當(dāng)?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(mǎn)足條件的釋放點(diǎn)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(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度方向的直線(xiàn)上PQ之間任一點(diǎn)釋放粒子B，可保證兩者在分開(kāi)電場(chǎng)前相碰。即在直線(xiàn)y= x+ 上滿(mǎn)足條件的點(diǎn)釋放小球B，都能滿(mǎn)足要求，其中x的取值范圍：0.3 mx1.05 m。評(píng)析：此題是帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)問(wèn)題PQ，通過(guò)對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的回憶及其模型拓展的探究，構(gòu)建平拋運(yùn)動(dòng)中的相遇問(wèn)題模型。此題本質(zhì)上是圖3

6、所示模型在電場(chǎng)中的創(chuàng)新遷移，注重對(duì)學(xué)生靈敏遷移才能的培養(yǎng)。二、抓住物理模型本質(zhì)特征，通過(guò)創(chuàng)新整合構(gòu)建物理模型在某些實(shí)際問(wèn)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(zhì)特征，為此，我們可以在原型的根底上，通過(guò)創(chuàng)新整合構(gòu)建新的物理模型。2假設(shè)u2=kt，光斑在熒光屏上做什么運(yùn)動(dòng)？速度多大？3假設(shè)u2=t2，光斑在熒光屏上做什么運(yùn)動(dòng)？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(xué)生熟悉的模型：電子的直線(xiàn)加速和類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)。電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)：t1=側(cè)移y1= 偏轉(zhuǎn)角tan= =電子射到熒光屏?xí)r的速度方向tan=2假設(shè)u2=kt，那么y= kt由表達(dá)式可知，y與時(shí)間t成正比，

7、所以光斑在熒光屏上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，速度的大小為v= k3假設(shè)u2=t2，那么y= t2由表達(dá)式可知，y與時(shí)間t2成正比，所以光斑在熒光屏上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，加速度的大小為a= .【模型拓展】假設(shè)u2=u0sint，為了能在熒光屏上看到做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的光斑，應(yīng)對(duì)上述裝置作何改進(jìn)？【簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型】單擺往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條直線(xiàn)，為了能更明晰地理解振動(dòng)的規(guī)律，是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到振動(dòng)圖像的？實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)的源泉是什么？解析：振動(dòng)圖像其實(shí)是單擺的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和木板的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成，運(yùn)動(dòng)的合成就是該實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新之處?！灸Ｐ蛣?chuàng)新】經(jīng)過(guò)討論后，學(xué)生恍然大悟，改進(jìn)后的模型裝置：為了能在熒光屏上看到做簡(jiǎn)諧運(yùn)

8、動(dòng)的光斑，在yy上加偏轉(zhuǎn)電壓uYY=u0sint，在xx上加掃描電壓uXX=kt。評(píng)析：經(jīng)典模型和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型為模型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)搭建了合理的支架，讓學(xué)生插上了想象的翅膀，是模型創(chuàng)新的源泉。通過(guò)有效情境的創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生在回憶簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型的根底上，創(chuàng)新整合自主構(gòu)建示波管的模型，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新遷移才能。一座高樓沒(méi)有梯子，平常人是不可能上去的，因?yàn)闆](méi)有飛翔的翅膀；沒(méi)有腳手架，一座座高樓不可能拔地而起。作為教師，應(yīng)創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境、搭建思維的“支架，有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)展自主探究、自主構(gòu)建、自主創(chuàng)新，確保探究的有效、自學(xué)的高效。課上，教師通過(guò)有效情境的創(chuàng)設(shè)和問(wèn)題鏈的設(shè)置，不斷引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生帶著求知的渴望主動(dòng)地去探究，不斷點(diǎn)燃學(xué)生探究創(chuàng)新的欲望，在不知不覺(jué)中打破了教學(xué)的難點(diǎn)、突出了教學(xué)的重點(diǎn)，有效地完成了教學(xué)任務(wù)。課上，從回憶經(jīng)典到拓展探究、從模型的自主