高中新课程物理教学的三个基本模式

高中新课程物理教学的三个基本模式 梁新灿浙江省新昌中学

物理学科具有自身的特点,探索、总结物理学科课堂教学模式，并将其应用贯穿于日常的课堂教学实践环节，对学生掌握物理概念、物理规律的形成过程、内涵与外延和学习物理的科学方法，培养学生获取知识的探究能力，增强学生的物理抽象思维、形象思维、直觉思维和创造性思维能力，都具有重要的理论价值和指导作用。物理学科具有自身的特点,探索、总结物理学科课堂教学模式，并将其应用贯穿于日常的课堂教学实践环节，对学生掌握物理概念、物理规律的形成过程、内涵与外延和学习物理的科学方法，培养学生获取知识的探究能力，增强学生的物理抽象思维、形象思维、直觉思维和创造性思维能力，都具有重要的理论价值和指导作用。

经过多年的教学探索，现以教育部《普通高中物理课程标准》新理念和三维度（知识与技能、过程与方法、情感态度价值观）教学目标为指导，根据物理学科的特点和学生的认知、思维发展规律，总结出物理概念教学的基本模式、物理规律教学的基本模式和物理解题教学的基本模式，并赋予三者新的深层涵义。经过多年的教学探索，现以教育部《普通高中物理课程标准》新理念和三维度（知识与技能、过程与方法、情感态度价值观）教学目标为指导，根据物理学科的特点和学生的认知、思维发展规律，总结出物理概念教学的基本模式、物理规律教学的基本模式和物理解题教学的基本模式，并赋予三者新的深层涵义。

（抽象） （具体）（具体）创设情境思维加工巩固深化感知材料形成表象分析比较抽象概括变式迁移完善结构一、物理概念教学的基本模式该模式符合学生认识物理概念的过程和方法的规律性

1、创设情境 在引入物理概念之前，应先通过观察、实验、参观等活动，或通过教师形象的语言描述，或利用各种形象化的直观教具展示，或通过电脑摸拟等方法，创设与形成物理概念有关的生动的、新颖的物理情境，使学生感知大量的感性材料，对物理现象有一个明晰的印象，形成表象。

教学过程中，教师要着重引导学生善于观察，达到了解现象、取得资料、发现问题和提出问题，激发创新欲望，增强创新意识和发展形象思维的目的。教学过程中，教师要着重引导学生善于观察，达到了解现象、取得资料、发现问题和提出问题，激发创新欲望，增强创新意识和发展形象思维的目的。

2、思维加工 在学生形成表象的基础上，引导学生进行分析比较、抽象概括，排除次要因素，抓住主要因素，找出所观察到的一系列现象的共性、本质属性，形成概念，用准确的、简洁的物理语言或数学语言给出确切的表述或定义，并指出所定义的物理概念的适用条件和范围。

教学过程中，教师要留给学生一定的思考想象时间，启发、激活学生的思维，让学生逐步掌握引入物理概念的方法，如力的概念的引入和建立，用的是具体实例抽象概括法；电场强度、磁感应强度的引入和建立，用实验探索发现法。实验发现电场、磁场都具有力的特性，电场强度、磁感应强度的定义用比值法等等，亲身体验物理概念引入、建立和下定义的乐趣，增强建立物理概念的欲望和能力，发展学生的抽象思维能力。教学过程中，教师要留给学生一定的思考想象时间，启发、激活学生的思维，让学生逐步掌握引入物理概念的方法，如力的概念的引入和建立，用的是具体实例抽象概括法；电场强度、磁感应强度的引入和建立，用实验探索发现法。实验发现电场、磁场都具有力的特性，电场强度、磁感应强度的定义用比值法等等，亲身体验物理概念引入、建立和下定义的乐趣，增强建立物理概念的欲望和能力，发展学生的抽象思维能力。

3、巩固深化 物理概念建立之后，通过与有关、相近概念的对比，以及进行适当的运用，来巩固、深化对概念的理解，完善对概念认识的深度和结构。运用一般分为两个阶段：一是初步运用阶段，主要是培养学生运用概念的方法和准确性；二是创新运用阶段，主要是通过变式迁移，将概念灵活地、创造性地运用于新的物理情景中，把实际问题转化为物理概念化的模型问题，然后分析、解决问题，不断完善结构。

教学过程中，教师要引导学生总结运用物理概念的方法和规律性，提高学生运用概念分析和解决新问题的能力。教学过程中，教师要引导学生总结运用物理概念的方法和规律性，提高学生运用概念分析和解决新问题的能力。

二、物理规律教学的基本模式 （导入）（展开）（终结）提出问题猜想假设实验探索分析归纳总结规律应用拓展途径1 途径2 演绎推理实验验证途径3 理想实验类比臻美该模式符合科学家探究发现物理规律的过程和方法规律性

物理规律只能发现，不能创造。总的说来，发现物理规律主要有三条途径：实验归纳法、理论演绎法和提出假说法。物理规律只能发现，不能创造。总的说来，发现物理规律主要有三条途径：实验归纳法、理论演绎法和提出假说法。

途径1—实验归纳法 从物理事物和物理现象中提出问题，作出猜想和假设，对事物和物理现象作多次观察和实验探索，在取得大量实验资料的基础上，进行综合、分析归纳，发现在一定条件下有关物理量之间的必然联系，从而得出结论，再通过实验检验就成为规律。用实验归纳法发现的规律，一般叫做定律。例如,牛顿第二定律、动量守恒定律、法拉第电磁感应定律、光的反射定律和折射定律，等等。

途径2—理论演绎法 从已知规律或物理理论出发，对某特定事物或现象，进行演绎推理，从而得出在一定范围内有关物理量之间的函数关系或新的论断，最后，通过实践检验就成为规律。用理论演绎法发现的规律，一般叫做定理或原理。它们不再仅仅是对经验事实的概括，而是成为科学理论系统的出发点。如动量定理、动能定理、功的原理、波的叠加原理、光路可逆原理，等等。

途径3 —提出假说法 在物理事实、根据还不充分的情况下，通过想象、猜测，提出的对象的、理论的假说的方法。它是对新事物、新现象的本质和规律的推测性说明或假定性的理论解释，是在观察和实验的基础上提出解释事物和现象的一种设想或预见，正确与否要由实验来检验，经检验正确，假说就上升为一种理论或定律。例如，安培分子电流假说，是在物质由什么组成还不清楚的情况下，根据磁铁的磁场与通电螺线管的磁场十分相似这一实验事实而提出的。

一般而言，当新的物理事实与传统理论发生矛盾时，或者新的物理事实超过了原有理论范围时，就要提出新的假说，促使对事物的认识向前发展。例如，当卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论发生矛盾时，玻尔对原子提出了三条假设（定态假设、跃迁假设和轨道假设），建立了原子的玻尔模型，成功地解释了氢原子的线状光谱，解决了原子的稳定性问题。一般而言，当新的物理事实与传统理论发生矛盾时，或者新的物理事实超过了原有理论范围时，就要提出新的假说，促使对事物的认识向前发展。例如，当卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论发生矛盾时，玻尔对原子提出了三条假设（定态假设、跃迁假设和轨道假设），建立了原子的玻尔模型，成功地解释了氢原子的线状光谱，解决了原子的稳定性问题。

在通过提出假说来建立物理规律的过程中，主要依赖于类比、臻美和理想实验三种思维方法。在通过提出假说来建立物理规律的过程中，主要依赖于类比、臻美和理想实验三种思维方法。

（ⅰ）类比：通过对两个不同的物理事物进行比较，找出它们的相似点或相同点，然后以此为根据，把其中某一物理事物的有关知识推移到另一物理事物中去，从而对另一物理事物的规律作出一假定性的说明。例如，欧姆受到傅立叶的热流规律的启发，通过从热现象和电现象的类比中提出假说：导线中两点之间电流的大小也可能正比于这两点之间的“驱电力”（即电势差），随后通过实验，欧姆验证了他从类比推理中得出的这个假说，建立了欧姆定律。（ⅰ）类比：通过对两个不同的物理事物进行比较，找出它们的相似点或相同点，然后以此为根据，把其中某一物理事物的有关知识推移到另一物理事物中去，从而对另一物理事物的规律作出一假定性的说明。例如，欧姆受到傅立叶的热流规律的启发，通过从热现象和电现象的类比中提出假说：导线中两点之间电流的大小也可能正比于这两点之间的“驱电力”（即电势差），随后通过实验，欧姆验证了他从类比推理中得出的这个假说，建立了欧姆定律。

（ⅱ）臻美：就是在创造性思维过程中，按照美的规律，对尚不完美的对象进行加工、修改以至重构的思维方法。在建立物理模型的过程中具有启发思路的作用，它是建立物理模型的一种基本思维方法。哥白尼之所以反对托勒玫体系，提出太阳系模型，原因之一是后者显得更简洁、更完美，因而符合宇宙的“奇妙的对称”和“美的和谐”。在哥白尼的太阳系模型中，太阳是宇宙的中心，所有的天体（包括地球及当时已知的五颗行星）都绕太阳运转。它们在宇宙的位置按照离太阳从近到远的排列次序是水星、金星、地球、火星、木星、土星，在土星外遥远的天球上是恒星。（ⅱ）臻美：就是在创造性思维过程中，按照美的规律，对尚不完美的对象进行加工、修改以至重构的思维方法。在建立物理模型的过程中具有启发思路的作用，它是建立物理模型的一种基本思维方法。哥白尼之所以反对托勒玫体系，提出太阳系模型，原因之一是后者显得更简洁、更完美，因而符合宇宙的“奇妙的对称”和“美的和谐”。在哥白尼的太阳系模型中，太阳是宇宙的中心，所有的天体（包括地球及当时已知的五颗行星）都绕太阳运转。它们在宇宙的位置按照离太阳从近到远的排列次序是水星、金星、地球、火星、木星、土星，在土星外遥远的天球上是恒星。

这一模型是在分析了托勒玫体系的缺陷，根据观测资料，受到古代的一些哲学家曾经假定“地球是动的”见解的启发而提出的。他还认为：“……这样，我们就发现在这样有秩序的安排下，宇宙里有一种奇妙的对称性，轨道的大小与运动都有一定的谐和关系，这样的情况是用别的方法达不到的。”运用太阳系模型，哥白尼成功地解释了天体的运动，并且能编制行星运行表，得出许多与观测事实相符的结论。这一模型是在分析了托勒玫体系的缺陷，根据观测资料，受到古代的一些哲学家曾经假定“地球是动的”见解的启发而提出的。他还认为：“……这样，我们就发现在这样有秩序的安排下，宇宙里有一种奇妙的对称性，轨道的大小与运动都有一定的谐和关系，这样的情况是用别的方法达不到的。”运用太阳系模型，哥白尼成功地解释了天体的运动，并且能编制行星运行表，得出许多与观测事实相符的结论。

（ⅲ）理想实验：是思维中对借助抽象和想象方法建立的理想化对象进行的实验，也称想象实验或思维实验。伽利略发现惯性定律就采用了理想实验的方法。他想象有人推一辆小车在路上走，如果突然停止推车，小车并不立即停止，还会走一段路。要是路面平滑，这段路就会更长些。进一步设想，如果毫无摩擦，小车就会永远运动下去。他还用理想斜面实验进一步推理。（ⅲ）理想实验：是思维中对借助抽象和想象方法建立的理想化对象进行的实验，也称想象实验或思维实验。伽利略发现惯性定律就采用了理想实验的方法。他想象有人推一辆小车在路上走，如果突然停止推车，小车并不立即停止，还会走一段路。要是路面平滑，这段路就会更长些。进一步设想，如果毫无摩擦，小车就会永远运动下去。他还用理想斜面实验进一步推理。

正是由于创造想象，使伽利略超越前人，也越过了实验条件的限制，从而登上了他那个时代的科学高峰，纠正了亚里士多德“力产生运动，力维持运动”的错误运动观，创立了“维持运动靠惯性，改变状态才需力” 的正确运动观，从此，力学迅速发展起来。某一领域思维实验的成功，往往标志着物理观念的变革，推动物理学发展。

物理规律的教学程序总的说来：首先，要使学生对发现或建立某一规律所采用的方法、途径和具体的依据有较清晰的认识，提高学生的类科学研究能力；其次，使学生明确某一规律的物理意义、适用范围和条件，使学生切实理解和掌握物理规律的内涵和外延；最后，通过实际应用、变式迁移与拓展，培养学生物理思维的灵活性、发散性、独创性等思维品质，提高创新意识、灵活运用能力和创造性思维能力。物理规律的教学程序总的说来：首先，要使学生对发现或建立某一规律所采用的方法、途径和具体的依据有较清晰的认识，提高学生的类科学研究能力；其次，使学生明确某一规律的物理意义、适用范围和条件，使学生切实理解和掌握物理规律的内涵和外延；最后，通过实际应用、变式迁移与拓展，培养学生物理思维的灵活性、发散性、独创性等思维品质，提高创新意识、灵活运用能力和创造性思维能力。

三、物理解题教学的基本模式 （目标）（条件）（过程）检验、讨论实际问题物理问题数学问题问题结果审明题意确定对象分析过程建立模型选用规律布列方程求得结果结果意义该模式揭示了物理解题的科学程序和方法规律性

首先，把实际问题转化为物理问题 对面临的实际问题在审明题意的基础上，从宏观上确定问题所属的物理知识范围（是力学问题还是电学问题，电学问题中是电场问题还是磁场问题，是电磁感应问题还是交流电问题……），把实际问题转化为明确的物理问题，分析判断物理问题所描述的物理现象，确定研究对象，分析物理过程，建立物理模型(是理想化的对象模型?过程模型?还是条件模型?

例如力学问题，在分析研究对象的受力情况和初始运动状态的基础上，应明确研究对象能否看作质点，受力是恒力还是变力，运动性质和轨迹又如何（是匀速运动、匀变速直线运动、变加速曲线运动还是平抛运动？等等），是静力学问题还是动力学问题，是功能问题还是动量问题，……。例如力学问题，在分析研究对象的受力情况和初始运动状态的基础上，应明确研究对象能否看作质点，受力是恒力还是变力，运动性质和轨迹又如何（是匀速运动、匀变速直线运动、变加速曲线运动还是平抛运动？等等），是静力学问题还是动力学问题，是功能问题还是动量问题，……。

在此过程中，要分析清楚问题中所涉及的物理量以及相关因素，包括已知的、未知的、直接的、隐含的、多余的，全面掌握相关信息，然后通过文字的、图形的、图表的等各种方式，将问题中的研究对象、物理现象、物理过程及其联系形象化、具体化，在头脑中形成该问题的整体的、动态的、形象的、清晰的物理图景。在此过程中，要分析清楚问题中所涉及的物理量以及相关因素，包括已知的、未知的、直接的、隐含的、多余的，全面掌握相关信息，然后通过文字的、图形的、图表的等各种方式，将问题中的研究对象、物理现象、物理过程及其联系形象化、具体化，在头脑中形成该问题的整体的、动态的、形象的、清晰的物理图景。

教学过程中，不仅要使学生掌握把实际问题转化为物理问题的方法，还要培养学生敏锐的观察力、深刻的分析力、丰富的想象力、准确的类比力、广泛的迁移力，发展抽象思维、形象思维和直觉思维能力。教学过程中，不仅要使学生掌握把实际问题转化为物理问题的方法，还要培养学生敏锐的观察力、深刻的分析力、丰富的想象力、准确的类比力、广泛的迁移力，发展抽象思维、形象思维和直觉思维能力。

其次，把物理问题转化为数学问题 根据物理问题所属的知识领域和问题的特征，选规律列方程。动力学的基本概念有力、质量、加速度、功、能、冲量、动量等，基本规律为牛顿第二定律F合= m a，动量定理 F合·t = mv- mv0，动能定理 F合·s = m v2²/2- m v1²/2 和两个守恒定律（机械能守恒定律和动量守恒定律）。

所求物理问题， (1)如果是与加速度直接相关的瞬时问题，必须选用牛顿第二定律列方程； (2)如果是与时间直接相关的过程问题，应选用动量定理列方程； (3)如果是与相对地位移直接相关的过程问题，应选用动能定理列方程； (4)对系统，若外力合力为零，则选用动量守恒定律列方程； (5)若只有重力或弹簧弹力做功，则选用机械能守恒定律列方程。

(6)如果机械能不守恒，而所求问题与物体之间的相对位移直接相关，那么,应选用能量守恒定律列方程。(6)如果机械能不守恒，而所求问题与物体之间的相对位移直接相关，那么,应选用能量守恒定律列方程。教学过程中，要培养学生的优化组合思想和发散聚合选优能力，进一步发展学生演绎推理能力、直觉思维能力，提高创造性思维能力。

再次，联立所列方程求得问题结果 一般一般是先运用数学原理和方法，推演出结果的字母表达式。推演过程中，要注意数学符号在物理问题中的实际意义，数学表达式的物理含义，不可从纯数学观点看物理方程及其变换步骤。教学过程中要培养学生的数理结合能力和运用数学原理、方法和技巧解决物理问题的能力。

最后，检验、讨论结果的合理性和物理意义 对结果常反思，分析其合理性（必要时，可设计实验验证），舍弃不合理、无意义解，探究正确解的深层含义，拓展正确解的应用领域、推广范围与价值等，有利于扩大解题成果，提高学生的探究性、扩展性，逐步形成客观的评价观和科学的价值观。

总之，通过物理解题教学，要达到以下目标: 使学生更深刻的理解、掌握物理概念及其规律，形成科学的解题程序、思路和方法，领悟形成这种解题思路和方法的科学根据，掌握解题的一般规律性，积累大脑中储存的解题依据、方法和经验等，优化物理解题思想，提高学生针对实际问题，分析物理现象、认定物理事实、揭示物理本质的功力和提出问题、分析问题、解决问题的能力。

同时，发展、增强学生的物理抽象思维的深刻性、形象思维的动态性、直觉思维的独创性、辨证思维的合理性、纵横思维策略性、顺逆聚散思维的方向性，优化和提升学生物理解题的创造性思维能力。同时，发展、增强学生的物理抽象思维的深刻性、形象思维的动态性、直觉思维的独创性、辨证思维的合理性、纵横思维策略性、顺逆聚散思维的方向性，优化和提升学生物理解题的创造性思维能力。

结语： 以上三个基本模式，重视知识与技能教学，体现了过程和方法，重视了情感态度与价值观教育，与国家教育部新课改提出的三维目标和现代教学理念具有一致性。我长期的教学实践证明：这些模式切实可行，效果卓著，而且具有崭新的新课程物理课堂教学的时代特征和创新教学魅力。

不妥之处请提宝贵意见, 谢谢! 浙江省新昌中学(312500) 梁新灿浙江省绍兴市中学教授级高级教师教育部中国教师报中国基础教育教学讲师团成员电话：0575-86855127(小) 邮箱：liangxincan18@tom.com

二、物理直觉思维的形式 1、直觉是运用有关知识组块和形象直感对当前问题进行敏锐的分析、推理，并能迅速发现解决问题的方向或途径的思维形式。在物理学中，直觉又有三种表现形式：

（1）直觉的判断：指人脑对客观存在的物理对象、物理现象、物理过程、物理系统的结构、特征、规律等的一种迅速的识别、直接的理解和整体的判断。（1）直觉的判断：指人脑对客观存在的物理对象、物理现象、物理过程、物理系统的结构、特征、规律等的一种迅速的识别、直接的理解和整体的判断。 • （2）直觉的启示：当主体沉思于某一物理问题而百思不得其解时，突然某一时刻，由于一个偶然的外部刺激，使他“茅塞顿开”，直觉得出问题的答案或解决问题的方法或途径。 • （3）直觉的想象：当研究某一物理问题时，外界提供的信息不充分，那么，主体充分发挥想象力，把大脑中的所有知识组块和“潜知”调动起来，并进行重新组合、加工，然后与原有的信息结合，从而把一个未曾料到的关系、模型、形象构想出来。[7]

2、灵感 英国著名病理学家贝弗里奇认为：“灵感是指对情况的一种突如其来的顿悟或理解。” 钱学森认为，灵感是潜意识，当酝酿成熟时突然沟通涌现于意识成为灵感。[8] 我觉得，灵感是以已有的知识经验为基础，在意识高度集中之后产生的一种极为活跃的精神状态，这时人的思维会对百思不得其解的问题，产生突发性飞跃和敏锐的顿悟，从而解决问题，或产生新的见解或新的思想。

引发物理灵感大致有两种情形： 一是外界偶然的刺激，包括得到哲学的启发，得到大自然或生活经验的启示，得到相邻学科的启示，受到某种情景的触发。二是物理概念、物理表象、物理方法、物理学观点和思想等在大脑内的相互作用，使得潜意识获得足够的“能量”，跃迁到显意识。

直觉是创造的先导，灵感是创造活动的顿悟。

三、物理直觉思维能力的培养方法和 教学策略 1、重视结构教学，形成合理的认知结构，培养组块思维能力。首先，要掌握物理学科的基本结构。心理学上的格式塔学派认为：知识的整体由部分构成，但整体比部分之和的意义更大。布鲁纳倡导结构教学法，他说“无论选教什么学科，务必使学生理解该学科的结构。” 什么是物理学科的基本结构呢？物理学科的基本结构就是指物理学的基本概念、基本原理和基本方法、观念以及它们之间的相互联系所构成的理论框架。

知识结构：知识的形成、内涵、外延、联系及应用方向等；知识结构：知识的形成、内涵、外延、联系及应用方向等；认知结构：认知过程（具体——抽象——具体）、认知方法（观察实验法、演绎推理法、类比法、等效法、模型法、理想化法、模拟研究和数学方法等）和认知层次（识记、理解、运用、综合、评价）；布鲁纳指出：“结构的理解，能使学生从中提高他直觉处理问题的效果。”无结构零乱的信息难以形成直觉思维，当有秩序、有结构的信息从提供的信息中忽隐忽现时，就会活跃直觉思维。

内涵和意义：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化；即合外力做功是物体动能变化的原因和量度。内涵和意义：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化；即合外力做功是物体动能变化的原因和量度。内涵适用范围和成立条件：对低速、宏观物体，相对惯性参照系，不论受力和轨迹的情况如何，均成立。定理是演绎规律：在恒力直线运动中，可根据牛顿第二定律F合=ma和运动学公式v22-v12=2as推导而来。动能定理 W合=EK2-EK1 由来外延特点应用的最佳方向：对解已知空间位移关系（“位移类”）动力学问题最方便；在电学中有它的重要地位。

C v0 A D B 图1 例1、如图1所示，一小木块以初速v0从A点进入粗糙水平轨道AB段，然后沿光滑竖直半圆轨道BC段运动，最后落到D点。已知AB=s，半圆轨道半径为R，小木块与AB段之间的动摩擦因数为μ。求小木块最后落到D点时的速率。解：对小木块从A→B→C→D全过程，因AB段粗糙机械能不守恒，而动能定理适用,列式为： -μmgs=mvD2/2-mv02/2，于是 vD=（v02-2μgs）1/2。

其次，要全面训练物理思维方法和物理学研究方法，形成方法场。其次，要全面训练物理思维方法和物理学研究方法，形成方法场。直觉思维是一种瞬间思维，它是形象思维与抽象思维的凝结、简缩或跃进。因此，整个高中教学要有计划地全面介绍、系统训练学生的形象思维、抽象思维和直觉思维的各种方法与物理学研究方法。不懂得方法，就只能永远被关在科学的门外。

高中新课程物理教学的 三个基本模式