“多方建模”突破物理模型思维障碍—以理想气体压强微观表达式的探究教学为例

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1、“多方建模”突破物理模型思维障碍——以理想气体压强微观表达式的探究教学为例作者：刘大明/江秀梅作者简介：刘大明，江秀梅，抚州市第一中学（江西抚州341100）o原文出处：《教学月刊：中学版》（杭州）2018年第20181/2期第22-26页内容提要：培养物理模型思维是落实学科核心素养的重要体现，在实际教学中开展物理模型教学却存在种种思维障碍。通过科学探究活动、提高建模教学显性化水平、在问题解决中训练建模方法等教学策略有利于消除建模思维障碍。其中，“多方建模”是落实前述教学策略的具体方法，十分有利于突破物理模型思维障

2、碍。期刊名称：《中学物理教与学》复印期号：2018年05期词:多方建模/物理模型/理想气体/气体压强物理模型是物理学的重要内容,是不可或缺的物理思维方法,高中物理课程标准关于学科核心素养四个维度之一的〃科学思维〃中把模型构建思维放在了首位,而且素有〃教学指挥棒"之称的高考也对物理模型思维的考查非常重视，但实际上从课程，到教材，再到教学一个环节似乎都不够重视，主要体现在：教学手段显性化水平不足、对物理模型的认识水平不高，存在着种种思维障碍。一、物理模型思维障碍表现（-）运用物理建模方法〃毫无知觉"在解决物理问题时,可

3、能会在“毫无知觉"中使用物理模型方法，但这绝不意味着依靠直觉就能解决物理问题。在任一领域的俗可靠谱的直觉思维,都离不开长期地、有意识地、较高水平的思维训练。建立物理模型的方法需要直觉思维,更需要合理的想象和严密的逻辑思维来进行推理、猜想和判断。物理模型思维障碍表现之一就是缺乏合理的猜想和严密的逻辑。（二）物理建模中抽象思维比较差物理建模的核心思想就是舍去次要因素,突岀主要因素，使得原型或实际问题纯净化、简单化、理想化，便于开展更严密的数学逻辑推理、猜想和判断。然而,缺乏舍去次要因素的意识,甚至对舍去次要因素产生恐惧

4、心理,这是抽象思维能力较差的表现。（三）使用物理模型方法易受表面现象干扰在解决实际问题（也称原始问题）中，易受表面现象干扰，思维焦点集中在问题的表层现象,不善于透过现象看本质。教学案例1带电粒子在电场中运动，电场力是重力的几干倍，所以重力作用可以忽略;有些学生十分困惑：〃质量比电场力更小,重力作用可以忽略,为什么质量就不可忽略？"可见，此类学生思维聚焦在数值大小上，而未能看到力和质量是两个完全不同的物理量，力和质量不具有可比性。忽略重力，对带电粒子运动性质影响甚小；忽略质量，根本无法研究带电粒子的运动问题。二、物理

5、建模思维障碍成因分析（-）心理成因——物理模型是"不切合实际"的理想模型不少学知寸物理模型的认识存在误区，他们认为：物理模型是一种简化的、纯粹化的、理想化的东西，不是事物本身，所以它是不切实际的、远离真实的、没有多大意义的东西。所以,对俗可理想化的东西,者0不自觉形成了排斥心理。（二）教学成因——经典物理模型教学严重缺位在平常教学中，对经典物理模型的教学，仅仅停留于模型本身知识的讲解，没有就提出该模型的背景及其在学科理论中的作用方面进行拓展教学。教学案例2质点、点电荷是学生非常熟悉的两个对象模型,它们能够很熟练地判

6、断物体在什么情况下可以看成质点、点电荷”什么情况下不可以看成质点、点电荷。然而,包括不少教师在内,未能深刻体悟到这两个理想化模型对经典力学的理论意义。可以这么说，整个力学几乎是关于质点的力学。把研究对象作为整体来硏究，还是隔离开来硏究，都要把对象看成质点才得以使问题简化。（三）应试成因——原始问题稀缺且习题〃高度"模型化物理原始问题在物理教学中的作用,从学术层面而言认识相当深刻，但是在实际教学中真正运用原始问题构建物理课堂的少之又少。不管是新课教学,还是复习教学,选用的例题、习题都是高度模型化的问题,诸如传送带问题

7、、连接体问题、人船模型等。训练高度模型化的试题，很容易形成思维定势，思考极容易固化，走入〃做死题、死做题、做题死"的悲惨境地。三、克服物理建模思维障碍对策（-）消除认识障碍——在科学探究活动中体验物理建模的必要性物理模型虽然是简化的、理想化的思维产物，但却更容易推进对真理的认识，从而更好地认识原型的本质特征,简言之,更易接近真理。教学案例3一块金属导体有很多特征属性,例如大小、形状、体积、质量、温度，可以导电、导热等等。只有选择关注体积、质量两个属性，而忽略其他属性，才能得出密度这一固有属性；选择了温度、导热属性,

8、才能得出比热容固有属性；关注导电时的电流、电压，才能得出电阻固有属性及发现欧姆定律;进一步关注电阻、长度、横截面积等属性，才能得出电阻率固有属性及发现电阻定律。这个例子很好地说明了只有在突出某些主要因素的同时忽略某些次要或无关因素,才能更容易发现规律,认识事物。（二）消除心理障碍——在平常教学中切实提升物理模型的显性化水平新知识中运用了物理模型,那么在讲授中