高中物理模型研究與應(yīng)用的探索

溫勇

高中物理是一門注重實踐研究、以科學(xué)實驗為基礎(chǔ)的課程，它研究的是物質(zhì)運動最本質(zhì)的規(guī)律，是其它科學(xué)的基礎(chǔ)。建立物理模型是在物理教學(xué)以科學(xué)實驗為重要手段的指導(dǎo)思想下提出的，可以使物質(zhì)運動發(fā)生的復(fù)雜過程簡單化，使學(xué)生更容易理解，更能增強教學(xué)的趣味性和互動性，對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有很重要的意義。物理學(xué)家和科研工作者的研究方法之一就是建立模型、應(yīng)用模型，在應(yīng)用模型的過程中逐步完善模型。

高中物理教學(xué)中，通過去除影響研究對象的外部因素而形成的物理模型，可以很好的體現(xiàn)研究對象的本質(zhì)，從而使每個物理模型都具有典型的代表意義。物理模型是在物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，經(jīng)過研究人員分析和思考而形成的，并不是憑空捏造出來的，這就表明了，物理模型是物理學(xué)科研究中的一種方法。物理模型可以簡單精確的反映出研究對象的本質(zhì)，可以從中體現(xiàn)出物理學(xué)科的形式美，以上體現(xiàn)出了建模教學(xué)的特點。立物理模型是物理教學(xué)中的重要手段，使學(xué)生在建立物理模型的過程中可以更好的掌握物理知識，這對學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識有著重要的作用。在建模教學(xué)中，學(xué)生可以根據(jù)自己所掌握的物理知識來提出問題，并在教師的指導(dǎo)下，通過建立物理模型來解決問題。在這個過程中，既讓學(xué)生學(xué)習(xí)到了物理理論知識，同時又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生的思維更加活躍。在建模教學(xué)中，教師一般都處于指導(dǎo)位置，而學(xué)生則是課堂的主體，通過建立物理模型給學(xué)生提供了非常廣泛的發(fā)揮空間，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識、參與物理實驗的積極性和主動性，培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考和團隊合作的能力。每一個物理模型的建立都不是一次性完成的，都必須要經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計和實驗，在這個過程中，學(xué)生通過互相交流和合作，共同解決和克服物理研究中的問題和困難，充分體驗到了物理實驗研究的樂趣，增強學(xué)生探索事物本質(zhì)規(guī)律的興趣，使學(xué)生學(xué)會運用科學(xué)的、抽象的思維方式來處理實際問題。

在高中的物理課堂上，如何開展物理建模教學(xué)，是一個亟待解決的問題。建模教學(xué)開展的好壞程度，是會影響到學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)和對物理知識的實際運用的。下面我們就來討論一下開展物理建模教學(xué)的方法。物理模型是從物理研究對象中抽象出來的，這就需要學(xué)生充分發(fā)揮抽象思維能力，抓住研究問題的主要因素，忽略其次要因素。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該加強對學(xué)生抽象思維能力的培養(yǎng)，并充分運用到建立物理模型的過程當(dāng)中去，從而明確的分析出研究問題的主次因素，使學(xué)生更好地完成研究實驗，解決物理問題。高中階段的物理模型有很多，一般可分三類：物質(zhì)模型（質(zhì)點、輕彈簧、理想氣體等）、狀態(tài)模型（氣體的平衡態(tài)、原子所處的基態(tài)和激發(fā)態(tài)等）、過程模型（勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動等），而物理題目的設(shè)置均是圍繞著這些物理模型展開的。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生樹立物理模型的意識，讓學(xué)生逐步認識到華麗包裝的題目后就是赤裸裸的常見的物理模型，做題時要剝離出題目本質(zhì)，聯(lián)系舊有知識，促進知識遷移。也就是說，要有把問題轉(zhuǎn)化成為物理模型來研究的意識和習(xí)慣。例如關(guān)于摩擦力有這樣幾個常見判斷題：滑動摩擦力（靜摩擦力）的方向可以與物體的實際運動方向相同嗎？相反嗎？能成任意角度嗎？運動（靜止）的物體可以受靜（滑動）摩擦力嗎？很多學(xué)生迷惑在這些概念題中不能自拔。但當(dāng)學(xué)生心中有了擦黑板、走路、傳送帶、手握瓶子任意方向運動等情境時，這些問題便極易解決了。打個不是很恰當(dāng)?shù)谋扔?，高中物理學(xué)什么？無非是彈簧彈來彈去，滑塊在斜面上滑來滑去，子彈與木塊碰來碰去，帶電粒子在電磁場中飛來飛去。

例如我們在講《功》這一節(jié)，必然要講到摩擦力做功的問題：滑動摩擦力能做正功嗎？負功呢？能不做功嗎？靜摩擦力呢？雖說這是功的內(nèi)容，實際上如果學(xué)生對關(guān)于摩擦力的相應(yīng)物理模型很熟悉的話（擦黑板、走路、傳送帶、手握瓶子任意方向運動等），這個問題會很容易被解決，而我們很自然地就把重難點轉(zhuǎn)移到一對兒滑動摩擦力或靜摩擦力做功代數(shù)和為何值這個問題上?？偨Y(jié)知識，積累經(jīng)驗是必要且重要的。隨著信息技術(shù)與多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，教師利用多媒體課件上課已經(jīng)成為一種常規(guī)的教學(xué)方式。事實說明，多媒體技術(shù)的應(yīng)用在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強教學(xué)的直觀生動性、方便知識復(fù)習(xí)、習(xí)題練習(xí)等很多方面都發(fā)揮著巨大的作用，也給我們的物理學(xué)科教學(xué)帶來了極大的方便。我們用flash可以更加直觀生動地展現(xiàn)那些抽象的無法用手工教具展現(xiàn)的物理模型，從而加深學(xué)生的印象與理解。

物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。做實驗是檢查學(xué)生是否真正掌握某一物理模型規(guī)律的重要手段，是培養(yǎng)物理建模能力的有效途徑。沒有清晰的物理模型概念學(xué)生就不會開展實驗過程;沒有習(xí)慣性的建模意識和正確進行實驗的科學(xué)指導(dǎo)思想，學(xué)生就不能通過實驗來培養(yǎng)自己的思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力。讓學(xué)生帶著物理建模的意識走進實驗室，多進實驗室，才能讓學(xué)生真正走進物理學(xué)的精妙之門。例如在《萬有引力》的學(xué)習(xí)中，從古埃及的托勒密，到意大利的伽利略，到第谷開普勒、波蘭人哥白尼，再到牛頓，科學(xué)家們在對宇宙的研究過程中都是提出各自的物理模型來比對現(xiàn)實中的現(xiàn)象，從而確立距離實際最接近的理論。牛頓為什么能夠解決困擾科學(xué)家們的三大問題從而得出萬有引力定律？正是由于他抓住了事物的主要因素，忽略次要因素，對實際問題進行科學(xué)抽象化處理，得出一種能反映原物體本質(zhì)特征的理想物質(zhì)、過程或假設(shè)結(jié)構(gòu)，而這種理想物質(zhì)、過程、假設(shè)結(jié)構(gòu)就叫做物理模型。社會在進步，科技在發(fā)展。從光電管到磁流體發(fā)電機，從宇宙飛船到粒子物理……現(xiàn)在每年高考題幾乎都會有關(guān)于新技術(shù)應(yīng)用方面的題目出現(xiàn)。這就要求教師也要不斷進行學(xué)習(xí)。三尺講臺是教師展示魅力的地方，優(yōu)秀的教師能夠用自己的人格魅力、文化魅力、道德魅力征服學(xué)生，抓住學(xué)生的眼球與思維，從而潤物無聲、水到渠成。正所謂“親其師，信其道”，只有“征服”學(xué)生才能有效地在工作中貫徹落實我們的想法。

綜上所述，每一個物理模型的建立都不是一次性完成的，都必須要經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計和實驗，在這個過程中，學(xué)生通過互相交流和合作，共同解決和克服物理研究中的問題和困難，充分體驗到了物理實驗研究的樂趣，增強學(xué)生探索事物本質(zhì)規(guī)律的興趣，使學(xué)生學(xué)會運用科學(xué)的、抽象的思維方式來處理實際問題。建立正確合理的物理模型，可以更加透徹的了解和掌握事物的本質(zhì)，因此，物理建模能力的高低對學(xué)生物理學(xué)習(xí)成績的好壞有著重要的作用，在高中物理教學(xué)中適當(dāng)?shù)囊虢＝虒W(xué)，很好的豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式，補充了學(xué)生在進行物理實驗過程中的不足，為高中物理學(xué)科的教學(xué)提供了改革的新思路，對高中物理教學(xué)的研究做出了一定的貢獻，有利于完善我國的高中物理教育，逐步實現(xiàn)知識理論和科學(xué)實踐的有機結(jié)合，同時也為其它學(xué)科的教學(xué)模式改革提供了新的方法。