建立物理模型，簡化認知過程

曹劍征

中學生在物理學習過程中總會出現物理過程理解不清甚至分析起物理過程總是一團糟,不能抓住物理變化中的本質問題。所有的自然現象都不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯系,一方面反映了必然聯系的規律性,同時又存在著許多偶然性,這使學生的分析問題時發生了紊亂。為了使研究變為可能和簡化,我們常采取先忽略某些次要因素,把問題理想化的方法。這就是先建立物理模型,然后在一定條件下,用于處理某些實際問題。物理模型能簡化了學生對物理過程的認知,便于他們理解物理過程。

一、物理模型在教學中的作用

建立和正確使用物理模型可以提高學生理解和接受新知識的能力。例如,我們在運動學中建立了“質點”模型,學生對這一模型有了充分的認識和足夠的理解,為以后學習質點的運動、萬有引力定律、物體的平動和轉動,以及電學中的“點電荷”模型、光學中的“點光源”模型等奠定了良好的基礎。使學生學習這些新知識時容易理解和接受。

建立和正確使用物理模型有利于學生將復雜問題簡單化、明了化,使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明,突出了事物間的主要矛盾,對學生的思維發展、解題能力的提高起著重要的作用?？梢园央[含的復雜問題化繁為簡、化難為易,起到事半功倍的效果。

二、物理模型在教學中的運用

1.建立模型概念,理解概念實質。物理模型大都是以理想化模型為對象建立起來的。建立概念模型實際上是撇開與當前考察無關的因素以及對當前考察影響很小的次要因素,抓住主要因素,認清事物的本質,利用理想化的概念模型解決實際問題。如質點、剛體、理想氣體、點電荷等等。學生在理解這些概念時,很難把握其實質,而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

2.認清條件模型,突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理條件模型化,舍去條件中的次要因素,抓住條件中的主要因素,為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如,我們在研究兩個物體碰撞時,因作用時間很短,忽略了摩擦等阻力,認為系統的總動量保持不變。條件模型的建立,能使我們研究的問題得到很大的簡化。

3.構造過程模型,建立物理圖景。過程模型就是將物理過程模型化,將一些復雜的物理過程經過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。例如,為了研究平拋物體的運動規律,我們先將問題簡化為下列兩個過程:第一,質點在水平方向不受外力,做勻速直線運動;第二,質點在豎直方向僅受重力作用,做自由落體運動?？梢?過程模型的建立,不但可以使問題得到簡化,還可以加深學生對有關概念、規律的理解,有利于培養學生思維的靈活性。

4.轉換物理模型,深入理解模型。通過對理想化模型的研究,可以完全避開各種因素的干擾,在思維中直接與研究對象的本質接觸,能既快又準確地了解事物的性質和規律。例如,建立起“單擺”這一理想化模型后,理解了單擺的周期公式,可以解決類似于單擺的一系列問題:在豎直的光滑圓弧軌道內作小幅度滾動的小球的周期問題;在豎直的加速系統內擺動的小球的周期問題;在光滑斜面上擺動的小球的周期問題。

三、使用模型應注意的問題

1.模型是在一定條件下適用的。建立物理模型,可使問題的處理大為簡化而又不會發生大的偏差?，F實世界中,有許多事物與這種“理想模型”十分接近,在一定場合、一定條件下,作為一種近似,可以把實際事物當作“理想模型”來處理,但也要具體問題具體分析。

2.物理模型是在不斷完善發展的。隨著社會的不斷進步,人類對事物的本質的認識也是不斷深入和提高的,物理模型也相應地由初級向高級發展并不斷完善。

總之,由于客觀事物具有多樣性,它們的運動規律往往是非常復雜的,不可能一下子把它們認識清楚。而采用理想化的物理模型來代替實在的客體,就可以使事物的規律具有比較簡單的形式,從而便于學生去認識和掌握它們。從而提高教學質量。

作者單位:河北正定縣第三中學