構(gòu)建高中物理模型的思想意識

◇　山東　王晨飛

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構(gòu)建高中物理模型的思想意識

◇山東王晨飛

物理的學(xué)習(xí)目標(biāo)是掌握物理知識、發(fā)展思維、培養(yǎng)綜合能力．我們知道,物理中的問題有些是極其復(fù)雜的,從復(fù)雜的物理現(xiàn)象或過程中抽象簡化出物理現(xiàn)象或過程的本質(zhì)即為物理模型．在學(xué)習(xí)高中物理時(shí),利用好物理模型所傳達(dá)的豐富的物理信息、物理意義,結(jié)合物理知識分析、判斷、解題,這也是近年來高考命題的熱點(diǎn)之一．可以說“物理模型”的構(gòu)建是一個創(chuàng)造性的過程,物理教師在教學(xué)過程中潛心培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的思想意識,是開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)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(xué)中的各種物理概念、研究對象及其狀態(tài)、狀態(tài)的變化過程等都可稱為物理模型,例如物質(zhì)、時(shí)間、長度等;從狹義上講,能反映特定的物理現(xiàn)象以及物理問題的理想化實(shí)體、過程、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)等稱作物理模型．

從初中到高中,同學(xué)們對于物理學(xué)已經(jīng)有了一定的認(rèn)識．通過高中物理的學(xué)習(xí)大家對物理認(rèn)識自然更全面．不過,自然界中事物之間總是有諸多聯(lián)系的,且不斷變化著．面對各類復(fù)雜的因素,人們遵循由簡到繁、由易到難、循序漸進(jìn)的原則,試圖把復(fù)雜的問題簡單化進(jìn)而解決．同學(xué)們在學(xué)習(xí)物理時(shí),也可應(yīng)用這種常規(guī)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(chuàng)建“物理模型”來輔助．大家知道,物理學(xué)的問題有些還是很復(fù)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(diǎn),需將實(shí)際問題進(jìn)行抽象處理,用一種假想結(jié)構(gòu)或能反映原事物本質(zhì)特性的替代物去描述．這種假想結(jié)構(gòu)或替代物稱之為“物理模型”．學(xué)習(xí)物理知識或解物理題時(shí)養(yǎng)成在大腦中構(gòu)建“物理模型”或在紙上畫“物理模型”的習(xí)慣,是學(xué)習(xí)物理的一條捷徑,也可以說是認(rèn)識自然、把握自然的有效途徑．

2物理模型種類

我們在學(xué)習(xí)物理時(shí),要明確:學(xué)習(xí)的對象是什么,它所處的狀態(tài)怎樣,其物理過程是如何變化的.與此對應(yīng),物理模型可分為實(shí)體物理模型、狀態(tài)物理模型、過程物理模型3種．

2.1實(shí)體物理模型

把復(fù)雜的物理學(xué)習(xí)對象通過處理(想象、設(shè)計(jì)等)得到的理想的學(xué)習(xí)對象——“物理模型”．例如點(diǎn)光源、點(diǎn)電荷、質(zhì)點(diǎn)等均屬實(shí)體物質(zhì)模型;又如熱力學(xué)系統(tǒng)、碰撞系統(tǒng)等均屬實(shí)體系統(tǒng)模型;再如原子結(jié)構(gòu)、分子環(huán)流等均屬實(shí)體結(jié)構(gòu)模型．

2.2狀態(tài)物理模型

在物理學(xué)中,物體的狀態(tài)用參量描述,比如一定質(zhì)量的氣體的狀態(tài)用3個狀態(tài)參量p、V、T來表示,又如某運(yùn)動系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)用位置、速度、加速度來表示．上述狀態(tài)量所表示的即為狀態(tài)物理模型．

2.3過程物理模型

在實(shí)際的物理現(xiàn)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(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動等,就是過程物理模型．

3物理模型特點(diǎn)

物理模型的特點(diǎn)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(gòu)建,是化繁為簡、舍次取主,形象性表現(xiàn)得較為突出,是形象性與抽象性的統(tǒng)一．這是模型本身所具有的特點(diǎn)．

3.2簡單明了

圖1

3.3過程清晰

圖2　　　　圖3

“物理模型”的構(gòu)建是一個創(chuàng)造的過程,該過程能有效培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知和理解能力,是學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力形成的重要環(huán)節(jié)．用構(gòu)建的物理模型來描述物理中變化的動態(tài)特征,能幫助學(xué)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(shí),當(dāng)擋板由水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置的過程中,小球?qū)醢迮c斜面的作用力將會怎樣變化?可畫模型圖3和圖4．據(jù)小球受3力作用平衡的條件:3力必定構(gòu)成一個封閉的矢量三角形．通過動態(tài)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(diǎn),我們可以進(jìn)一步認(rèn)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(guī)律的基礎(chǔ);2)簡化研究對象及其狀態(tài)、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(shí)際”的過程體現(xiàn)．

在解決高中物理問題時(shí),大都是先從物理模型入手,當(dāng)?shù)贸龀醪浇Y(jié)論后,接著就用實(shí)驗(yàn)或推理或計(jì)算來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ退@得的結(jié)論,進(jìn)而加以修正,之后就用修正的結(jié)論來應(yīng)用于實(shí)際的物理問題當(dāng)中．由物理模型的功能,我們可推斷出模型具有科學(xué)性、創(chuàng)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(shí)際事物的分析、研究與解決,有助于對物理世界的真實(shí)認(rèn)識,這些都體現(xiàn)了模型的科學(xué)性.學(xué)生在頭腦中構(gòu)建物理模型意識,有利用培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力.意識指導(dǎo)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(chuàng)新性,有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)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(gòu)建及分析的過程中,學(xué)生常出現(xiàn)錯誤的地方,這需要物理老師及時(shí)予以糾正,作為物理老師要及時(shí)引導(dǎo),并結(jié)合物理模型的特點(diǎn)、功能等應(yīng)用于學(xué)生學(xué)習(xí)過程之中．

總之,學(xué)生的學(xué)習(xí)要以“學(xué)生為主體”,學(xué)生需要掌握知識、發(fā)展思維、培養(yǎng)能力．在學(xué)習(xí)物理時(shí)構(gòu)建物理模型的思想意識,是學(xué)好物理的有效途徑．

(作者單位：山東省萊蕪市第一中學(xué))