【以认知冲突建构理想模型一例】理想认知模型

时间：2019-01-19 03:22:14　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　理想模型在科学研究中是一种重要的思想方法。高中物理中涉及诸多理想模型，如质点、点电荷、单摆、弹簧振子、理想变压器、理想气体等等，学生正是通过这些具体的学习，理解领会理想模型的研究方法，从而在过程与方法及情感态度价值观上得到体验与生成。
　　物理学中理想模型作为一种思想方法，应该包括以下几个内容，这也是在高中阶段我们期望学生通过各种模型的学习形成的认知结构：
　　1.客观物理世界的复杂性，使得我们无法将其认识清楚，所以在研究中我们忽略一些次要的因素，将事物的关键性因素凸显出来，建立起理想模型，将会使问题的处理大大简化，从而建立起事物规律的基本框架。
　　2.理想模型在现实世界是不存在的，但在一定条件下，作为一种近似，实际事物可以当做理想模型来处理，即将研究理想模型的结果直接应用于实际事物。
　　3.实际事物不是在任何时候都可以当做理想模型来处理的，如果条件发生变化，次要因素不能忽略，此时的理想模型不再适用，应该考虑各种因素的影响。但理想模型是后续的研究基础。
　　学生形成这样的认知结构不可能一蹴而就，需要在各种物理情景中不断地体验，纠错，强化。教师的教学首先就要有强烈的方法意识，注重引导学生关注隐藏在知识点后面的方法，从而逐步形成合理的知识结构。
　　在一次习题课中，学生提出一个问题：理想变压器的副线圈开路时原线圈的电流是否为零？
　　我因势利导，展开讨论。学生基本上分成两种观点：
　　生甲：我认为原线圈电流应该为零，因为副线圈开路，其输出功率等于零，那么根据理想变压器的特点，输入功率也应该为零，所以输入电流当然等于零。
　　生乙：若输入电流为零，那副线圈上怎么会有感应电动势呢，况且副线圈开路，原线圈和电源应该形成回路啊，无论如何都应该有一些电流。
　　在教学过程中笔者多次遇到这样的争论，一些教师是这样给学生解释的：原线圈此时应该有一点电流。因为原线圈和电源形成回路，尽管此时感抗很大，但不可能是无穷大。另外铁芯需要被磁化，从而产生磁通量，并且铁芯还有一定的能量损耗。所以原线圈应该有电流，称为空载电流。
　　看起来教师似乎解答了学生的问题，但是这种回答并没有解决学生的真正疑惑。学生的真正问题是空载电流和原来建立的理想变压器模型产生了无法解决的认知冲突。其问题根源就是学生对理想模型这一物理学方法的理解还不到位，教师的就事论事的回答掩盖了学生的问题，也错过了让学生进一步加深对理想模型方法理解的良好契机。
　　笔者在学生充分讨论的基础上提出了几个问题：
　　师：如果是理想变压器，输入功率必须等于输出功率，那么副线圈开路，其输出功率必然等于零，所以输入功率自然也为零，所以输入电流当然等于零。这个推理过程有没有问题？
　　生：应该没有问题。
　　师：如果推理没有问题，那我们就要看问题的起点了，那就是理想变压器，大家有没有发现问题呢？
　　生甲：变压器不能看成理想变压器。
　　生乙：那以前我们为什么都将变压器看成理想变压器呢？
　　师：既然这样，大家思考几个问题，什么是理想变压器，实际的变压器在什么时候可以看成理想变压器，理想模型是什么，他们和实际问题的关系是什么。
　　学生陷入了争论之中，教师适时地作总结：理想变压器是一种理想模型，实际问题中大型变压器正常工作时，损耗的功率极小，效率接近100%，所以可以近似地看成理想变压器，而如果变压器副线圈开路，此时根本没有输出功率，所有的功率均损耗在变压器本身，效率等于零，当然不满足理想变压器的近似条件，所以同学们提出的问题本身就存在问题。大家看一看，问题应该怎么样修改一下？
　　生：去掉理想两个字。
　　师：是的，现在的问题是：变压器的副线圈开路时原线圈的电流是否为零？不应该人为地将变压器限定为理想变压器。
　　经过一番对话之后，学生得到的不仅是对问题本身的了解，更是对理想模型的思想方法有了新的认识，对于学生认知结构的建立起到了很好的作用。

相关热词搜索：建构一例认知模型

【以认知冲突建构理想模型一例】理想认知模型

最新文章

热门文章