高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建與運(yùn)用研究

陳曉明

摘 要：物理在高中各學(xué)科中是較難學(xué)習(xí)并掌握的一門學(xué)科。根據(jù)新課程改革的要求，為適應(yīng)新課程改革的需要，高中院校紛紛改進(jìn)傳統(tǒng)物理教學(xué)模式，逐步引進(jìn)物理模型用于教學(xué)，幫助學(xué)生提高成績。本文通過物理模型對高中物理教學(xué)的重要意義，闡明物理模型與高中物理教學(xué)的關(guān)系，介紹物理模型的類型和構(gòu)建原則的同時(shí)，例舉了高中物理教學(xué)中構(gòu)建物理模型的一些應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物理模型；高中物理教學(xué)；模型構(gòu)建

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）08-356-01

物理是自然科學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，歷史悠久，領(lǐng)域廣闊，與不少學(xué)科均有交涉。物理學(xué)是一門研究物質(zhì)運(yùn)動及其形態(tài)、物質(zhì)間相互作用及其規(guī)律的基礎(chǔ)科學(xué)，所有事物的變化產(chǎn)生都是有規(guī)律，不管是必然的還是偶然的。為了研究物理某些現(xiàn)象和規(guī)律，必須使各種條件常態(tài)化、簡約化，這就需要建立起相應(yīng)的物理模型，然后設(shè)置一定的條件，用于處理特定的問題。物理模型是物理學(xué)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，也是高中物理教學(xué)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，近年來，對高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建與運(yùn)用的研究也越來越多。

一、物理模型與高中物理教學(xué)

1、基本定義

物理模型是在一定的場合和條件下，建立在科學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，抓住研究對象的主要因素，反映研究對象的本質(zhì)所建立起來的，抽象化的物理現(xiàn)象，反映了物理現(xiàn)象發(fā)展變化的基本規(guī)律，并隨著時(shí)間的推移不斷的發(fā)展完善，不斷接近真理的理性化物理規(guī)律。

2、重要意義

物理模型是物理研究中十分重要的途徑，物理模型的構(gòu)建過程也是物理概念和物理基本規(guī)律的發(fā)展過程，貫穿物理學(xué)的發(fā)展史，是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在物理研究中，構(gòu)建物理模型，有利于更準(zhǔn)確地理解物理概念，掌握物理規(guī)律，有利于培養(yǎng)大膽假設(shè)，小心求證的科學(xué)精神。

3、物理模型與高中物理教學(xué)

高中物理的教學(xué)和學(xué)習(xí)多是以物理模型為基礎(chǔ)，可以說，高中物理的教學(xué)是基于物理模型之上的。運(yùn)用物理模型進(jìn)行教學(xué)，是教學(xué)生進(jìn)行物理模型的構(gòu)建，也是教學(xué)生如何運(yùn)用物理模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)是學(xué)生能快速獲得物理知識的一種方法。物理模型在現(xiàn)階段的高中物理教學(xué)中占有非常重要的作用。

二、高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建與運(yùn)用

物理模型是將原有的復(fù)雜物理現(xiàn)象歸納總結(jié)成抽象的一個(gè)模型，在高中物理教學(xué)中構(gòu)建和運(yùn)用物理模型的過程便是抽象物理規(guī)律的過程，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生物理模型的開闊性思維，幫助學(xué)生更好更快更深刻地理解知識點(diǎn)。

1、高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建

（1）常見的物理模型

常見的物理模型有：概念模型、條件模型、狀態(tài)與過程模型、數(shù)學(xué)模型、理想化模型等。

（2）物理模型的構(gòu)建原則

物理模型是根據(jù)原型進(jìn)行構(gòu)建的，因此需要客觀地反映研究對象的本質(zhì)特征，在構(gòu)建時(shí)還要抓住主要因素，例如，構(gòu)建勻速直線運(yùn)動，就是抓住主要因素，忽略運(yùn)動中復(fù)雜的其他次要因素，設(shè)定一定的條件，將模型理想化。物理模型理想化方便我們處理實(shí)際的問題，但是理想化也是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，物理模型的構(gòu)建如果沒有以堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，是經(jīng)不起推敲的，最典型的例子便是上世紀(jì)初盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的老師湯姆遜“棗糕式”原子模型設(shè)想是不成立的，于是盧瑟福以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，又提出了自己的物理模型，即原子核結(jié)構(gòu)，后人的實(shí)驗(yàn)也都證明了原子核結(jié)構(gòu)的正確性。但并不是所有的實(shí)驗(yàn)都能經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)，有些物理模型在當(dāng)時(shí)的理論認(rèn)知下是能解釋得通的，但隨著時(shí)間的推移和科技的發(fā)展，或者變換了場合和條件時(shí)，就出現(xiàn)問題了，這就要求我們根據(jù)認(rèn)知和科技的進(jìn)步，不斷地對物理模型進(jìn)行發(fā)展和完善。依舊是原子的模型，在湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子之前，人們都認(rèn)為原子是最小的物質(zhì)，而盧瑟福又提出了原子核模型，在他們之后，玻爾的軌道量子化模型又進(jìn)一步地完善了原子模型。因此，物理模型必須是不斷“假設(shè)—實(shí)驗(yàn)—構(gòu)建—推翻—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)”的過程，是不斷發(fā)展和完善的過程。

2、高中物理教學(xué)中構(gòu)建物理模型的運(yùn)用

高中物理教學(xué)中物理模型的運(yùn)用必須遵循構(gòu)建物理模型的原則，根據(jù)原則明確物理過程，建立物理框架，以下這個(gè)例子就是比較典型的運(yùn)用案例。

案例一：“單擺”模型的構(gòu)建

①設(shè)定一定的場合，一定的條件。認(rèn)定小球擺角<5°時(shí)，振動周期與小球的質(zhì)量、大小無關(guān)；

②準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)備一組兩個(gè)懸線相同、質(zhì)量不同的小球；一組兩個(gè)懸線不同、質(zhì)量相同的小球；一組兩個(gè)懸線相同、質(zhì)量無關(guān)的小球。

③演示實(shí)驗(yàn)。第一組和第二組擺角>5°，第三組擺角<5°，觀察情況；

④學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行記錄，找出規(guī)律，通過理論分析，將現(xiàn)象進(jìn)行抽象；

⑤抓住主要因素，分組討論類似“單擺”的運(yùn)動，并進(jìn)行類比以及實(shí)驗(yàn)；

⑥課后學(xué)生思維拓展，設(shè)定不同的場合和條件，討論“單擺”運(yùn)動的可行性以及規(guī)律變化。

通過物理模型的運(yùn)用，讓學(xué)生直觀感受到將現(xiàn)象抽象成規(guī)律，構(gòu)建成物理模型的過程，培養(yǎng)學(xué)生觀察力的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生唯物辯證的世界觀，舉一反三的思維能力等，這些方法不僅有利于學(xué)生有效率地學(xué)習(xí)物理，也有利于學(xué)生提高其他科目的學(xué)習(xí)效率，而學(xué)好物理和物理模型培養(yǎng)起來的發(fā)散思維，更是為高中打下良好的基礎(chǔ)。

綜上所述，物理模型就是考慮主要因素暫時(shí)性忽略次要因素的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停咧形锢斫虒W(xué)中構(gòu)建和運(yùn)用物理模型能形象生動、深刻具體地反映事物的本質(zhì)和變化，讓學(xué)生建立起清晰的物理學(xué)框架，是十分有效的、必不可少的高中物理教學(xué)手段。

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