高中物理教學(xué)中的模型構(gòu)建研究

馮浩

摘 要：物理模型是高中生理解某些物理知識或解決某些物理問題中不可或缺的一種輔助思維工具，同樣有利于深化學(xué)生對物理知識的理解，提高學(xué)生解題能力。本文基于高中物理教學(xué)，重點(diǎn)就如何構(gòu)建與運(yùn)用物理模型進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：高中物理;物理模型;構(gòu)建策略

物理知識具有很強(qiáng)的抽象性，只靠物理理論知識教學(xué)是無法從根本上提升高中生的解題能力，也會限制學(xué)生物理抽象思維的發(fā)展，影響他們的物理解題能力。而如果可以強(qiáng)化物理模型構(gòu)建，那么可以幫助學(xué)生更好地排除物理現(xiàn)象或問題中的非本質(zhì)干擾因素，簡化物理問題，降低學(xué)生理解物理知識或解決物理問題的難度，提高他們的物理解題能力。因此，如何有效構(gòu)建高中物理模型是當(dāng)下值得深入探討的一個重要課題。

1.明確模型構(gòu)建流程，奠定物理模型構(gòu)建基礎(chǔ)

為了順利地構(gòu)建高中物理模型，教師需要先將物理模型構(gòu)建的基本流程教授給學(xué)生，避免他們盲目構(gòu)建物理模型而影響模型構(gòu)建的質(zhì)量與效率。在構(gòu)建物理模型過程中，相應(yīng)的構(gòu)建流程及要點(diǎn)主要包括如下幾個環(huán)節(jié)：首先，教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真地審題。通過引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)地分析物理問題或物理現(xiàn)象，了解整個物理過程的情況，從中挖掘出物理問題或情境中包含的物理規(guī)律等相關(guān)物理知識點(diǎn)以及影響物理問題求解的關(guān)鍵因素。其次，教師要引導(dǎo)學(xué)生以物理知識為鏈接，引導(dǎo)他們靈活地運(yùn)用所學(xué)的物理概念、計算公式、定理和規(guī)律等相關(guān)物理知識，綜合分析物理過程，期間通過仔細(xì)地考慮問題，對可能涉及到的物理情境進(jìn)行綜合考慮。最后，要綜合上述分析的結(jié)果，將物理問題求解中涉及到的抽象物理情境最終轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的物理模型，之后結(jié)合相關(guān)的物理規(guī)律和計算公式等知識來對問題進(jìn)行求解。

例：圖1所示的一部分光滑圓弧對應(yīng)的圓心角和圓半徑分別為α（小于10°）和R（圓弧的長度<<R），現(xiàn)有某可以看作質(zhì)點(diǎn)的小球A從左側(cè)圓弧自由下滑，同時在圓弧中心部位處有一個和A球相同類型的球B自由落下，試求球A和球B哪個先到達(dá)圓弧底部？

解析：B球的運(yùn)動可以理解成自由落體運(yùn)動，基于題干的信息，利用自由運(yùn)動的求解公式，可以得到，但是A球運(yùn)動在曲線弧上面的運(yùn)動發(fā)生的是變速曲線運(yùn)動。針對該運(yùn)動，教師可以引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)地分析題干信息，由于圓弧長小于半徑R，光滑弧面，α<10°，所以可以將A球運(yùn)動近似地當(dāng)成單擺物理模型，其中擺長=圓弧半徑r。如此一來，在構(gòu)建單擺物理模型的基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用單擺周期公式求解出A球運(yùn)動到底部的時間，這樣就可以使學(xué)生便捷地求出該道題的正確答案為：。

2.明確模型構(gòu)建方法，提高物理模型構(gòu)建效率

物理模型構(gòu)建的本質(zhì)就是將所要研究的某一物理問題或某一對象以類比、理想化或抽象化等處理方式，將其概括成某一類具體的物理模型，以物理模型來反映物理問題，這樣可以起到化繁為簡，降低學(xué)生解決物理問題難度的作用。歸結(jié)起來，在引導(dǎo)學(xué)生開展物理模型構(gòu)建的過程中，為了提升他們構(gòu)建物理模型的效率，教師可以將常用的模型構(gòu)建方法傳授給學(xué)生，具體包括如下幾類：

（1）抽象法。抽象法是構(gòu)建物理模型中比較常用的一種方法，主要是基于所研究物理問題或事物的本質(zhì)特征和屬性來構(gòu)建物理模型，以此深化學(xué)生對物理問題本質(zhì)的理解。在應(yīng)用抽象法的時候，可以相應(yīng)地抽取一個或多個實物客體，或者抽取多個同類物理客體中的共有或共同屬性。例如，針對某一物體，在外部作用下產(chǎn)生形狀變形的基礎(chǔ)上，取消外部作用力后其形狀如果可以恢復(fù)原狀，那么針對該例子可知這類事物的共有屬性就是“彈性”，這樣通過抽取這一共同屬性就可以相應(yīng)地構(gòu)建“彈性體”物理模型。

（2）理想法。同抽象法類似，理想法也是構(gòu)建物理模型中比較重要的一種方法，其中可以對所處物理條件進(jìn)行理想化處理，如條件模型就是基于理想化法構(gòu)建的模型，如光滑、粗糙等條件模型。此外，還可以對物理實驗進(jìn)行理想化處理，如理想化處理實驗器材或?qū)嶒灄l件等。例如，伽利略斜面實驗中就假想物體處于運(yùn)動狀態(tài)的同時，沒有受到摩擦力以及其他外部作用的條件下會一直保持運(yùn)動狀態(tài)。還可以對物理研究對象的物質(zhì)形態(tài)進(jìn)行理想化處理，如質(zhì)點(diǎn)模型和彈簧模型等等。

（3）其他。除了上述幾種模型構(gòu)建方法外，還可以通過靈活地運(yùn)用拼湊法、歸納法、近似法以及等效替換法等方法來構(gòu)建物理模型，這些都是模型構(gòu)建中比較常用的方法，尤其是要注重結(jié)合具體的物理實際情況來進(jìn)行構(gòu)建，這是確保整體模型構(gòu)建質(zhì)量的重要保障。

在應(yīng)用恰當(dāng)物理模型構(gòu)建方法，明確物理模型構(gòu)建流程的基礎(chǔ)上，教師還需要注意引導(dǎo)學(xué)生明確物理模型構(gòu)建中的一些注意事項。比如，高中生需要準(zhǔn)確地掌握相關(guān)的物理規(guī)律，這是正確構(gòu)建物理模型的前提;需要確保模型簡化處理和抽象化處理的準(zhǔn)確性，如要明確簡化條件，避免出現(xiàn)模型簡化條件與模型不匹配問題;要增強(qiáng)模型使用的整體匹配度，確保更好地利用模型構(gòu)建解決物理問題。

綜上所述，模型構(gòu)建是輔助學(xué)生解決物理問題或解釋某些物理現(xiàn)象的一個重要學(xué)習(xí)模型。為了在高中物理教學(xué)中順利地構(gòu)建物理模型，教師需要先將抽象法、理想法等常用物理模型構(gòu)建方法傳授給學(xué)生，使他們明確物理模型構(gòu)建的基礎(chǔ)流程，然后再結(jié)合具體物理問題進(jìn)行深入分析，以此來提升物理模型構(gòu)建的質(zhì)量與效率，力求充分發(fā)揮物理模型在提升高中生物理解題能力等方面的積極作用。