例初中物理习题教学中的建模

建模思想是初中物理教学的重要思想,在习题教学中如果能够渗透建模思想,则可以给教师的教和学生的学带来很多好处,自然也就能够提高习题教学的效果与效率.

1习题建模概念理解

初中物理习题可谓是浩如烟海,习题是永远做不完的.传统教学中的“题海战术”之所以有时看起来有效果,其实质是让学生在不断的重复训练中获得对题目情境的认识,形成相对固定的解题思路,进而形成一定的解题能力.从效果上来看,此种方法是有效的,但从过程上来看,此种方法容易消磨学生的学习积极性,容易让学生产生厌学情绪,容易让学生认为物理学习就是成天不断地做题,因而一般认为是不可取的.然而现实是,日常教学中我们普遍看到的,题海战术尽管有时附加以有效教学的标签,但却改不了重复训练的本质.在这种情况下,我们提出通过建模的方式为学生建立一类习题的模型,从而减少重复劳动,提升学习能力.

习题建模与新知识学习过程中的建模不同.新知学习中的建模往往是指一种教学模式,一种学习模式.而习题教学中的建模,是指从一类题目中提取共同点编制成一道基本的题目,让学生在这种基本题目的训练中获得对这一类题目的共同理解.根据这一理解,习题建模就需要教师对初中物理中的传统题型和热门题型进行分析与综合,以提取其中的共同点,然后在问题解决的过程中,帮学生形成一个基本的思路,从而在学生的思维中形成一套基本的模型.最终的目的是让学生在新的题目情境能够调动已经建立的模型,然后进行拓展延伸,从而实现新问题的解决.总的来说,习题建模是基于基本习题建立起来的思维模型,是为解决一类题目而设计的基本模型.

习题建模并不是一种新的思想,但在任何情况下都应当赋予其新的内容.我们下面尝试通过热量、内能和热值以及电学知识中的两个重要知识点为例,来谈谈笔者所理解的习题建模.

2习题建模举例分析

示例1光学知识

初中光学知识中涉及的是光源、光的直线传播、光的反射和光的折射等知识.如果这些知识处于零散状态,那对学生的习题解答是没有益处的,因为学生此时的思维中没有一个完整的光的知识体系,而如果通过纯文字的图表或框图来帮学生建立知识体系的话,那又需要较高的抽象思维能力作为支撑.因此我们设计通过图1来概括上述基础知识,让学生通过对图1的理解与重现,来完成光学知识的体系建构.

习题模型：如图1.从光源发出的光发生直线传播、反射及折射.其中,又涉及透明体与反射体颜色的光学知识,涉及光的色散知识,涉及平面镜成像知识.除了凸透镜成像及规律之外,基本上包括了其它光学内容.因而能够帮学生形成一个相对完整的对光学知识的认识.与光现象相关的习题往往也包含其中,从而使得本模型能够起到举一反三的作用.

示例2热量、内能及热值知识

本部分知识涉及到热量的传递、吸收与放出热量的多少、内能的增加与减少,能量的转化、燃料燃烧后产生热量的计算、热传递中的效率等.如果试图通过不同类型的题目进行重复训练,则效果不佳,实际教学中我们发现不断地做、不断地讲、不断地错就是这一情况的实际写照.那么,这些知识是不是可以融合到同一个题目当中呢?笔者几经尝试,建立了如下一道题目模型,几次训练之后取得了较好的效果.

习题模型：如图2,是生活中常见的烧水情形.其中木材燃烧放热用到Q等于qm公式,水吸热升温用到Q等于cmΔt的公式,其中还涉及到能量转化和转移效率等.因而可以涵盖大部分热量计算的习题.

本习题模型中,如果给出已知条件,如水的质量为2kg,水的比热为4.2×103J/（kg℃）,木材的质量为0.5kg,木材的比热为1.2×107J/kg.则可以提出的问题有：从木材燃烧到水被加热,其中有哪些能量的转化或转移过程?木材完全燃烧后放出的热量是多少?检测如这些热量全部被水吸收,则水的温度会升高多少摄氏度（不沸腾）?检测如加热过程中的效率为40%,则水升高的温度又是多少?如果木材的质量是5kg,则水加热后的最终温度是多少?

本模型的特点是：（1）以生活中最为常见的烧开水素材为例,学生在理解素材上没有困难,从而就可以将注意力集中到过程分析与问题解决当中来；（2）本过程中涉及到化学能转化为内能,内能以热传递的方式转移到加热容器和水中的情形,一是能量的转化,一是能量的转移,可以带动能量转化和转移的知识；（3）本过程中的燃料燃烧可以巩固到Q等于qm公式的运用,而水被加热则巩固到Q等于cmΔt公式的运用；（4）当效率不是100%时,其又可以加深学生对Q吸等于ηQ放（η为加热效率）的认识；（5）如果我们将加热容器改成试管（蒸气冲开塞子）的例子,还可以用来加强气体对外做功、内能减少温度降低的知识.

根据我们的教学实践,这一模型在新课教学以及单元练习和质量监测中得到两至三次训练,学生就有可能形成深刻的印象,从而收到事半功倍的效果.

示例3电学知识

在电学知识中有一个非常重要的电路图,其在教材（苏科版九年级上下册）中得到了三次重要运用：一次是探究电路中电流与电压、电阻关系,得出欧姆定律时；二是伏安法测电路时；三是伏安法测定电功率时.

习题模型：笔者这里提供的习题模型严格来讲并不是一道习题,只是这个图形是相当一部分电学题目的源头.也就是说这个图形加上不同的已知条件,就可以得到千变万化的电学题目.

那么,这个图形应当怎样呈现在学生的面前呢?笔者的做法是：从简单电路开始（这一步学生非常熟悉）；然后提出测电流的要求,并加上电流表；再提出测电压的要求,然后加上电压表；最后提出改变电路中电流的要求,加上滑动变阻器.通过这一循序渐进的过程,学生就可以感觉到这个图是通俗易懂的.从而在将来的习题解答中,对这类复杂的图形产生不太复杂的感觉.

在笔者的教学实践中是这样利用这个模型的,利用探究电流与电压、电阻关系时,帮学生获得图形生成的过程；然后在后两次时帮学生复习这一电路图；在习题训练中以此图加上不同的条件进行两至三次的训练.在此基础上,学生就会对此图形成较为深刻的认识,在以后类似的情境中,学生也能迅速地反应出此图是我们一直强调的经典电路图.

3习题建模教学反思

习题建模这一工作是由教师来完成的,但其来源却是物理知识与学生学习相互作用的结果――如果学生学习中不存在困难与挑战,那我们也没有建模的必要；最终也是面向学生的――我们是希望给学生提供一个虽非一劳永逸,但却能提升学习效率的办法.

一个习题模型是否有效,往往取决于这个模型能够在多大广度与深度上解决问题,取决于学生能够多大程度上接受这个模型,取决于我们实际教学中模型的效果.每个对习题建模有兴趣的物理教师都会在建模的过程中有所收获,或许每个人的收获是不一样的,但建模的思路却是习题教学中不可或缺的,笔者希望在更多的场合能够看到习题建模的研究成果,以推动初中物理有效教学的道路上更好地前行.