高中物理教學(xué)中物理模型構(gòu)建與應(yīng)用探析

王春濤

【摘 要】在高中物理課堂教學(xué)中，很多教學(xué)內(nèi)容需要借助物理模型來進(jìn)行輔助教學(xué)，同時，物理模型的構(gòu)建與應(yīng)用也是培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力和創(chuàng)新思維能力的重要途徑。本文在分析物理模型構(gòu)建的重要性基礎(chǔ)上，探討了高中物理教學(xué)模型構(gòu)建的基本原則，并以具體案例進(jìn)行了進(jìn)一步闡釋，以期為高中物理教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】高中物理；物理教學(xué)；物理模型

【中圖分類號】G633.7

物理是一門比較抽象的自然學(xué)科，在高中教育中，具有非常重要的基礎(chǔ)作用，也是高考重點考核的科目之一。對于高中物理的學(xué)習(xí)，學(xué)生普遍感覺到比較難懂，也較難以理解，有的學(xué)生甚至?xí)萑雽W(xué)習(xí)困境而產(chǎn)生厭煩心理。物理教學(xué)模型的構(gòu)建，不僅能提高學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣，還能直觀地幫助學(xué)生解決各種物理問題，增進(jìn)物理課堂教學(xué)氣氛，從而促進(jìn)物理課堂教學(xué)效果與質(zhì)量的提升。

一、物理模型構(gòu)建在高中物理教學(xué)中的重要作用

（一）將抽象的物理概念化繁為簡

物理模型是對物理規(guī)律和物理概念知識的抽象化描述，其結(jié)合物理知識發(fā)現(xiàn)與研究的根本目的，從物理思維和科學(xué)研究的角度對原型客體進(jìn)行本質(zhì)化的再現(xiàn)。物理模型是抓住事物主要矛盾的基本物理研究方法，合理的運用物理模型，可以將復(fù)雜的問題簡單化，以發(fā)現(xiàn)事物本在的物理規(guī)律。

（二）幫助學(xué)生更深刻地掌握物理知識

結(jié)合具體的物理教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建特定的物理模型，有助于將抽象的物理定律進(jìn)行生動的形象化表現(xiàn)，這對引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力，有著極其重要的促進(jìn)作用。例如，物理教學(xué)中構(gòu)建電場線對電場的描述模型、原子核結(jié)構(gòu)對 α 粒子散射影響原理的物理模型等，可以將抽象的物理概念形象化，以深化學(xué)生對物理知識的認(rèn)知與掌握。此外，物理教學(xué)是一個系統(tǒng)的整體，各單元知識相互關(guān)聯(lián)，利用物理模型構(gòu)建來引導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，有利于疏導(dǎo)整個教學(xué)過程，如在電場物理知識教學(xué)中構(gòu)建“勻速電場”物理模型，學(xué)生在對此模型進(jìn)行深入理解的基礎(chǔ)上，可更快速的理解磁場中的勻速磁場物理概念。

（三）提高學(xué)生解決物理問題的能力

具體物理問題的分析與解決，都離不開對物理本質(zhì)的把握與主、次矛盾的抽取。在高中物理教學(xué)中，具體物理模型的構(gòu)建，都需要教師對模型的設(shè)計思路和物理定律的運用進(jìn)行詳細(xì)解析，以逐步的培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的物理思維能力。經(jīng)過反復(fù)的訓(xùn)練，可以培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜物理知識的學(xué)習(xí)與研究能力。

二、物理模型的構(gòu)建原則

物理模型的構(gòu)建可以具體的反映具體事物的物理本質(zhì)，抽取原型的主要物理特征，并以科學(xué)知識和物理實驗數(shù)據(jù)為支撐。因此，高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建必須科學(xué)、合理、有理有據(jù)，不能盲目、隨意的進(jìn)行構(gòu)建，其遵循的原則如下所示：

首先，反映研究對象的本質(zhì)特征。以理想氣體模型為實例進(jìn)行分析，在構(gòu)建物理模型的過程中我們必須抽象出氣體模型的本質(zhì)特征：（1）氣體分子體積相比氣體體積可以忽略；（2）氣體分析的無規(guī)則物理運動性：（3）氣體分子之間及其與器壁之間的碰撞可視為彈性碰撞。在電場、磁場等物理模型構(gòu)建中亦是如此，在構(gòu)建物理模型的同時讓學(xué)生更深入的理解物理概念與定律如何客觀、真實的反應(yīng)事物原型。

其次，抽取原型主要因素。物理是一門研究物質(zhì)世界最基本存在和運行形式的學(xué)科，而物質(zhì)世界的各種自然現(xiàn)象又不是孤立而存在的，事物之間的相互聯(lián)系的復(fù)雜性使得我們在構(gòu)建物理模型時不可能面面俱到，這就要求我們要抓住事物的主要因素、主要矛盾而忽略次要因素、次要矛盾。例如，在研究物理的機械運行這一物理知識中，現(xiàn)實世界中物體的運動不可能有單純理想化的直線、勻速、圓周運動，而往往是各種復(fù)雜非規(guī)則性運動。然而，在實際物理知識的研究中，我們必須抓住物體運行的本質(zhì)規(guī)律、主要因素，以更具體的研究某一物理定律。這才引入了勻速直線運動、勻速圓周運動和簡諧運動等理想化的物理模型。

再次，以實驗為依據(jù)。物理模型的建立不能隨心所欲，它是具體物質(zhì)的本質(zhì)特征，以科學(xué)知識和物理實踐為基礎(chǔ)而建立的?？茖W(xué)、正確的物理模型的建立必須立足與物理實驗，其修正、調(diào)整與完善乃至適用范圍都必須遵循與物理實驗為客觀依據(jù)的基本原則。

三、高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建程序及應(yīng)用案例

以高中物理教學(xué)中“帶電粒子在帶等量異號電荷間的平行板間的運行”這一物理模型進(jìn)行具體分析物理模型的構(gòu)建程序和方法。

首先，分析帶電粒子的基本物理特征。（1）帶電粒子的體積極小；（2）本次物理模型的構(gòu)建的主要因素為研究帶電粒子在電場中的“平動”這一運動規(guī)律；（3）帶電粒子所受的物理力在此理想物理模型中為重力和電場力兩種。

其次，確定主次因素。抓住此物理模型的主要研究知識為帶電粒子的“平動”，因此要忽略其“旋轉(zhuǎn)運動”次要因素；抓住帶電粒子在帶等量異號電荷平板間的物理運行這一特定環(huán)境，將其特性視為“勻強電場”，忽略板間運動的邊緣效應(yīng)；再者，從帶電粒子的受力因素上來分析，因帶電粒子的體積極小，其受到的重力相比其在平行板間的電場力可忽略不計，因此我們視“電場力”為主要因素，“重力”為次要因素。

再次，抓住本質(zhì)特征 ， 做出合理抽象。根據(jù)以上兩個條件的確立，在此物理模型中，我們將帶電粒子視為研究對象，即“質(zhì)點”。在其所受到的重力相比于電場力可忽略不計的條件下，可視為其只受到恒定的電場力作用。如此一來，這一物理模型所應(yīng)運用的物理知識包括質(zhì)點的勻速運動、類平拋運動、勻加速直線運動等，確定哪一運動模型視帶電粒子的初始速度和受力方向而定。這樣，便可以結(jié)合已掌握的物理知識對這一具體物理問題進(jìn)行分析與研究。

再如，對于速度 定向連續(xù)移動的電荷，也可以在 方向選取一橫截面積為 的柱體微元，則 時間內(nèi)通過 截面的電量即為以 為高、 為底面積的柱體微元中的電荷的電量。柱體微元電荷表達(dá)式為： 。其中， 為單位體積中的自由電子數(shù)， 為電子電量。有了這個微元模型的構(gòu)建后，問題研究的思路立刻變得清晰起來，這充分體現(xiàn)了微元模型對于物理教學(xué)可以發(fā)揮的輔助效用。

四、結(jié)語

綜上所述，物理模型的構(gòu)建，對高中物理教學(xué)具有非常重要的輔助作用。物理模型能夠?qū)⒑芏辔⒂^的、抽象的運動過程具體化與形象化，重現(xiàn)微觀的運動過程以及力的相互作用過程，對學(xué)生理解和學(xué)習(xí)物理知識裨益無窮。在高中物理教學(xué)中，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生借助物理模型的構(gòu)建，來使復(fù)雜的問題簡單化，以解決物理學(xué)習(xí)中遇到的實際問題，提高物理學(xué)習(xí)的有效性。

參考文獻(xiàn)

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