建構模型 培養物理思維能力

鄭利芹

(江蘇省徐州市鄭集高級中學 221100)

物理學科的邏輯性非常強.但是高中階段所研究的情況大多都是在理想條件下的.顯然，這與學生的日常生活不相符.那么，為了讓學生深刻理解、接受及應用物理知識，模型的建構就是必不可少的了.接下來，我將根據日常教學經驗及教學研究，由淺入深，分析培養學生建構模型的能力的方法.

一、分析原型特征，做出抽象

分析不同的問題，研究的主體必然不一樣.因此，教師應該教會學生根據問題，分析原型的特征，抓住主體，進而做出抽象.只有掌握了研究對象及方向，分析問題時，才會事半功倍.

在教學“運動的描述”這一內容時，其中第一節就將質點的概念了解清楚了，即有質量但不存在體積或形狀的點.這就是學生接觸的第一個抽象概念.因此，我在這一節尤其注意，因為質點非常好用，但不是萬能的.首先，我將質點的適用情況進行了詳細說明：質點只有質量，不存在體積或形狀，因此只適用于不需要考慮體積及形狀因素的情況.接下來，我舉了正反兩個例子，供學生深入理解：一個小球從山上滾下來，求它的運動軌跡時，可以將其簡化為一個質點；但同樣是球，如果要研究乒乓球在行進過程當中的旋轉方向及情況的話，顯然就不能把乒乓球看作一個質點，因為質點只有質量，不存在體積或形狀.最后，我又設想了幾種情況，并對學生進行提問，以此來檢驗他們的學習成果：①一根桿子平放在地面上，分析地面對桿子作用力的大小及方向時，是否能將其看作一個質點；②分析蹺蹺板兩邊重力對其平衡的影響情況時，是否能將蹺蹺板看作質點.學生們也都給了我準確的答案：在第一種情況下，由于桿子只受自身重力及地面支撐力，與質量有關，與體積和形狀無關，因此可以看作質點；但是在第二種情況下，研究蹺蹺板兩邊的受力，明顯與形狀有關，因此不能看作質點.

經過我比較清晰合理的講解，同學們對質點也有了一定的掌握，基本可以根據研究問題對原型進行歸納和概括，進而分析問題.由于認知順序的問題，我在課堂上的講述一定是有限的，但其實涉及到后面與電相關的知識時，也有質點的應用，教師一定要適時提醒.

二、抓住主次因素，解決問題

前面提到，高中物理的研究情況一般是在理想條件下,但在實際解決問題的過程中，并不會有人告訴學生哪些條件是應該考慮的，哪些條件是應該忽略的，這就需要我們教會學生自行歸納，抓住主要因素，從而解決問題.

“電磁感應”這一內容是一個難點，在教學中，我將其中很復雜的一些問題概括成了幾個模型，如“帶電粒子在帶等量異號電荷的平行板間的運動”.正式研究之前，我需要讓學生理解主次因素的判斷及選取.首先，從粒子的運動出發.在電場中，帶電粒子不僅有位置的移動，同時還有自身的旋轉，這樣算下來的話，運算量和研究難度都會增大很多.但是，在這個研究中，明顯帶電粒子自身的旋轉是不需要考慮的，那么就只需要考慮帶電粒子的位置變化，即可以將帶電粒子抽象為一個質點.接下來，考慮到平行板的邊沿效應，又該如何解決呢？其實，帶等量異號電荷的平行板一般距離較近，板間電場可認為是勻強電場，就研究帶電粒子在板間的運動而言，邊沿效應可忽略不計，板間電場是主要因素.最后一個問題，我讓學生自己思索，帶電粒子是否還有別的受力.有了之前的例子，大家也都很清楚，雖然帶電粒子還有自身重力影響，但重力非常小，所以只需要考慮電場力.

實際研究過程中，對象的影響條件是非常多的.因此，要想建構物理模型，就一定要學會對影響條件進行判斷，找出主次因素，才會找出正確的方向，減少時間浪費，進而解決問題.

三、對比實驗數據，發現規律

物理模型是根據工作需要建立起來的，它的存在是為了更好的解決問題.因此，建立模型后還需要通過具體實驗進行檢驗，對比實際與理論的情況后對模型進行修正，才能真正應用.

在教學“平拋運動的規律”的內容時.在課本上，大家已經了解到：平拋運動可看作水平方向的勻速直線運動以及豎直方向的自由落體運動的合運動.那么我們現在需要做的就是根據實驗，判斷平拋運動結論的合理性.在實驗室，學生們也碰到了一些問題，但根據之前建構模型的理論和經驗內容，也都順利解決了.第一個問題是如何確定研究對象：用一個體積比較小的鐵球來研究，判斷其運動軌跡，可抽象為一個質點.第二個問題是如何保證“平拋”：在桌面上放置一個帶有擋板的斜坡，讓小球從斜坡上滾下，然后從桌邊飛出，從離開桌面到落地的過程即為平拋運動.第三個問題是如何對影響因素進行取舍：小球在離開桌面到落地的過程中即為平拋運動，但除重力外，小球還受空氣阻力；考慮到小球體積小，密度大，空氣阻力可以忽略不計.實驗結束后，大家將實驗數據與公式

x=v0t、y=gt2/2進行對比，驗證了平拋運動的合理性.

物理模型的建構并不是一蹴而就的，它需要我們在平時的教學中進行點滴滲透，借助物理問題不斷培養學生的建模意識，提升學生的建模能力.當然，考慮到實際操作中的很多問題，在實際建模訓練的過程中，還需要不斷進行修正.因此，學生的動手實驗也是極為重要的.教師需要給學生提供足夠的平臺，讓他們能夠動手操作，發現并解決問題.

綜上所述，建構模型是物理學科中很重要的思想，更是優化學生思維，提升學生綜合素養的重要途徑.教師一定要注重對學生思維的培養，讓他們從原型抽象、分析主次及實驗對比等方面進行學習和應用.經過系統科學的訓練，大家一定能夠熟練掌握.