構建高中物理模型的思想意識

◇　山東　王晨飛

?

構建高中物理模型的思想意識

◇山東王晨飛

物理的學習目標是掌握物理知識、發展思維、培養綜合能力．我們知道,物理中的問題有些是極其復雜的,從復雜的物理現象或過程中抽象簡化出物理現象或過程的本質即為物理模型．在學習高中物理時,利用好物理模型所傳達的豐富的物理信息、物理意義,結合物理知識分析、判斷、解題,這也是近年來高考命題的熱點之一．可以說“物理模型”的構建是一個創造性的過程,物理教師在教學過程中潛心培養學生構建物理模型的思想意識,是開發學生創造性思維和創新能力不可多得的途徑．

1何謂“物理模型”

“物理模型”有廣義、狹義之分．從廣義上看,物理學中的各種物理概念、研究對象及其狀態、狀態的變化過程等都可稱為物理模型,例如物質、時間、長度等;從狹義上講,能反映特定的物理現象以及物理問題的理想化實體、過程、狀態、結構等稱作物理模型．

從初中到高中,同學們對于物理學已經有了一定的認識．通過高中物理的學習大家對物理認識自然更全面．不過,自然界中事物之間總是有諸多聯系的,且不斷變化著．面對各類復雜的因素,人們遵循由簡到繁、由易到難、循序漸進的原則,試圖把復雜的問題簡單化進而解決．同學們在學習物理時,也可應用這種常規思維方法,即無論是掌握物理知識，還是解決物理問題,大家常常通過創建“物理模型”來輔助．大家知道,物理學的問題有些還是很復雜的,無論分析起來,還是研究起來,都沒那么簡單．為了找到解決問題的切入點,需將實際問題進行抽象處理,用一種假想結構或能反映原事物本質特性的替代物去描述．這種假想結構或替代物稱之為“物理模型”．學習物理知識或解物理題時養成在大腦中構建“物理模型”或在紙上畫“物理模型”的習慣,是學習物理的一條捷徑,也可以說是認識自然、把握自然的有效途徑．

2物理模型種類

我們在學習物理時,要明確:學習的對象是什么,它所處的狀態怎樣,其物理過程是如何變化的.與此對應,物理模型可分為實體物理模型、狀態物理模型、過程物理模型3種．

2.1實體物理模型

把復雜的物理學習對象通過處理(想象、設計等)得到的理想的學習對象——“物理模型”．例如點光源、點電荷、質點等均屬實體物質模型;又如熱力學系統、碰撞系統等均屬實體系統模型;再如原子結構、分子環流等均屬實體結構模型．

2.2狀態物理模型

在物理學中,物體的狀態用參量描述,比如一定質量的氣體的狀態用3個狀態參量p、V、T來表示,又如某運動系統的運動狀態用位置、速度、加速度來表示．上述狀態量所表示的即為狀態物理模型．

2.3過程物理模型

在實際的物理現象中,其變化過程總是繁雜的,為了便于解決物理問題,就要突出事物變化過程的主要因素,這就需要把物理過程理想化．例如自由落體運動、勻變速直線運動等,就是過程物理模型．

3物理模型特點

物理模型的特點是直觀形象、簡單明了、過程清晰．

3.1直觀形象

物理模型的構建,是化繁為簡、舍次取主,形象性表現得較為突出,是形象性與抽象性的統一．這是模型本身所具有的特點．

3.2簡單明了

圖1

3.3過程清晰

圖2　　　　圖3

“物理模型”的構建是一個創造的過程,該過程能有效培養學生的認知和理解能力,是學生創造性思維和創新能力形成的重要環節．用構建的物理模型來描述物理中變化的動態特征,能幫助學生形成模型思想意識以及理解物理過程．例如,在分析用擋板擋住光滑的斜面上的小球時,當擋板由水平位置轉到豎直位置的過程中,小球對擋板與斜面的作用力將會怎樣變化?可畫模型圖3和圖4．據小球受3力作用平衡的條件:3力必定構成一個封閉的矢量三角形．通過動態分析,足見兩力的變化:作用在擋板上的力先減小后增大,而作用在斜面上的力一直在增大．

4物理模型功能

由物理模型“直觀形象、簡單明了、過程清晰”的特點,我們可以進一步認識物理模型的功能,其功能主要有3個方面:1)從直觀形象的角度理解物理概念、物理規律的基礎;2)簡化研究對象及其狀態、變化的過程,從簡明角度形成解決物理問題的重要手段;3)解決物理問題遵循“先理想后實際”的過程體現．

在解決高中物理問題時,大都是先從物理模型入手,當得出初步結論后,接著就用實驗或推理或計算來檢驗模型所獲得的結論,進而加以修正,之后就用修正的結論來應用于實際的物理問題當中．由物理模型的功能,我們可推斷出模型具有科學性、創新性、條件性．通過物理模型解決問題可使問題大為簡化,可用于實際事物的分析、研究與解決,有助于對物理世界的真實認識,這些都體現了模型的科學性.學生在頭腦中構建物理模型意識,有利用培養學生的創新意識及創新能力.意識指導行動,在某種意義上意識比能力更重要,物理模型所具有的創新性,有助于培養學生的創新思維,是培養學生創新能力的主渠道.再就是要明確物理模型的條件性,在“物理模型”的構建及分析的過程中,學生常出現錯誤的地方,這需要物理老師及時予以糾正,作為物理老師要及時引導,并結合物理模型的特點、功能等應用于學生學習過程之中．

總之,學生的學習要以“學生為主體”,學生需要掌握知識、發展思維、培養能力．在學習物理時構建物理模型的思想意識,是學好物理的有效途徑．

(作者單位：山東省萊蕪市第一中學)