中學(xué)物理模型教學(xué)研究初探

摘 要:物理學(xué)所分析和研究的問題總是很復(fù)雜的，與眾多因素有著千絲萬縷的聯(lián)系。在中學(xué)物理教學(xué)中，為了簡化物理問題，常用到物理模型，物理模型在教學(xué)中起著重要的作用。

關(guān)鍵詞:中學(xué)物理; 模型教學(xué)

中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-3315(2010)4-050-001

一、物理模型的概念和功能

物理模型就是對所研究的對象和過程進(jìn)行科學(xué)的抽象化處理，保留主要因素，略去次要因素，得出能反映原物本質(zhì)特性的理想過程或假想結(jié)構(gòu)，它是事物本質(zhì)特征的簡化而理想化的描述，是按照物理科學(xué)研究的特定目的，用物質(zhì)形式或思維形式對原型客體本質(zhì)關(guān)系的再現(xiàn)，人們通過物理模型的認(rèn)識與研究去獲得關(guān)于原型客體的知識及其運動變化規(guī)律。物理模型它有三種功能:(1)物理模型使物理問題簡化，較為方便地得出物體運動規(guī)律;(2)可用于對類似實際物理現(xiàn)象進(jìn)行分析和研究;(3)物理模型有助于對客觀物理世界的認(rèn)識，達(dá)到認(rèn)識世界、改造世界的目的。因此物理模型對學(xué)生加深物理知識的理解是大有裨益的。

二、物理模型教學(xué)的重大意義

1.物理模型是教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)

物理模型是物理知識的載體，是學(xué)生獲得物理知識的重要途徑，因此物理模型是教師傳授知識和學(xué)生獲得知識的關(guān)鍵點。在中學(xué)物理中，不論是概念，還是規(guī)律都要通過物理模型向?qū)W生展示并傳達(dá)知識。縱觀物理教材，從初中到高中，物理模型無處不在。例如質(zhì)點、彈簧振子、點電荷、理想變壓器等，這些都是研究對象的物理模型;自由落體、鏡面反射、平拋等都是研究過程的物理模型;導(dǎo)體、絕緣體、小球、輕桿、輕繩、平行光等，它們雖然是沒有冠以模型，實質(zhì)上也是模型范疇。這些模型構(gòu)建成學(xué)生的物理觀念，是物理知識網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，是物理教學(xué)中不可缺少的環(huán)節(jié)，離開了這些模型，教學(xué)就無法入手，因此物理模型是教與學(xué)雙方達(dá)到各自目標(biāo)的重要途徑。

2.物理模型實現(xiàn)教學(xué)過程的軟著陸

中學(xué)物理難學(xué)，物理概念抽象難以理解。但通過物理模型可以使物理知識由難化易，由抽象難懂變?yōu)橐捉邮?，使教學(xué)過程實現(xiàn)軟著陸。物理模型突出了重點知識的主干，忽略了影響較小的因素，幫助學(xué)生建立了清晰的知識網(wǎng)絡(luò)，使學(xué)生的思路得到了拓寬。例如學(xué)習(xí)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律時，在已建立的勻速直線模型和自由落體運動模型，對帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)過程進(jìn)行模型分解處理，使它由初速度方向的勻速直線運動模型和垂直初速度方向的自由落體模型來組成，或者歸結(jié)到“類平拋模型”上去，從而使學(xué)生易于理解和掌握規(guī)律，降低了教學(xué)難度，使教學(xué)過程實現(xiàn)軟著陸。

3.物理模型能對物理知識起到概括和總結(jié)的作用，開闊學(xué)生思路，促進(jìn)學(xué)生能力提高

物理模型對同類相似的問題進(jìn)行比較、概括、總結(jié)，使學(xué)生觸類旁通、舉一反三。在教學(xué)中，通過對物理模型的設(shè)計及分析研究，學(xué)生就會學(xué)會對物理過程忽略枝葉，看到問題主干，也就是把物理問題的模型化。例如單擺這一概念，學(xué)生在分析單擺的運動過程中忽略空氣阻力、繩的收縮等次要因素，突出主要因素，用不可伸長細(xì)繩懸掛一個可看成質(zhì)點的擺球，擺球只在它的重力和擺線拉力作用下而在最低點附近振動，它就是單擺，進(jìn)一步抽象出類單擺模型。在教學(xué)中充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性質(zhì)或特點的現(xiàn)象，相似運動的形態(tài)的物質(zhì)的運動。例如原子結(jié)構(gòu)可形象地喻想成為太陽系、核如太陽，電子猶如圍繞太陽運轉(zhuǎn)的行星;分子間的引力和斥力與中間連著彈簧的小球，當(dāng)彈簧伸長時表現(xiàn)為引力，當(dāng)彈簧縮短時，表現(xiàn)為斥力。這樣使無形的模型變?yōu)橛行蔚哪Ｐ?，使學(xué)生對微觀世界的認(rèn)識模型化，使學(xué)生初步掌握物理概念和物理規(guī)律，從而使學(xué)生的思維得到升華和啟迪。

4.物理模型使問題化繁為簡、融會貫通、知識系統(tǒng)化

在解決物理問題時，可以通過對物理過程的分析，并從物理規(guī)律出發(fā)，將待求問題轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型，從而化繁為簡，達(dá)到異中求同的效果，在實際中的很多問題是千變?nèi)f化的，但它們卻是某些模型的具體化。例如將一石塊水平拋出，我們首先要考慮地球的吸引力，根據(jù)公式F=GMm/r2“可知石塊越接近地面，F(xiàn)就越大，其次還要考慮空氣阻力、風(fēng)速、地球自轉(zhuǎn)的影響，這樣石塊的運動十分復(fù)雜，研究起來十分不便。為此，我們突出重力作用，并認(rèn)為重力是恒定的，歸結(jié)到平拋模型上來，這樣問題就便于研究了。由此可見，我們平時可將某些問題模型化，就可使問題變通，首先要將基本題型，找出其結(jié)構(gòu)實質(zhì)和實際的物理意義，然后用物理知識把題型模型化。例如，勻速直線運動問題，它的基本題型是:動點過靜線問題，即一個運動的質(zhì)點沿著一條靜止的直線運動，S=vt這一公式就能反映在此運動中S，v，t三者關(guān)系。但實際所能解決的問題是很多的，我們可以把它變通為基本模型來解決，將它們抽象出“動點過靜線”、“動線過靜點”、“動線過靜線”等模型。它的基本思想是“變動為靜”和“變線為點”。

綜合上述，在中學(xué)物理模型教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生建立和應(yīng)用物理模型來解決復(fù)雜的物理問題，注意循序漸進(jìn)地熟悉并掌握這一科學(xué)研究思維方法，不但使學(xué)生加深對概念和規(guī)律的理解，而且對提高學(xué)生解題技巧，開發(fā)學(xué)生智力起著積極作用。