淺談建立模型培養學生的能力

摘要：初中物理是一門以觀察、實驗為基礎的學科。通過觀察實驗現象，分析得出實驗結論，這一過程能很好地鍛煉學生的能力。

關鍵詞：物理教學；建立模型

中圖分類號：G633．7 文獻標識碼：A 文童編號：1006-3315(2011)12—079—002

自然界中物質的構成是極其復雜的，人們為了能夠對其進行研究，需要把復雜的構造簡單化，簡化后形成相似的模型。下面就針對學生建立模型的例子，談談建立模型過程中學生能得到的幾點能力的發展。

一、建立模型，培養學生的觀察和邏輯思維能力

初中微觀粒子的講解是通過模型法呈現給學生的。物質究竟是由什么組成的呢?要從宏觀物質的表現上得出物質是由什么組成的，在科學儀器不發達的時代是很難得出規律的。那么我們究竟能怎樣巧妙的得出規律呢?

物質有三種狀態，固態、液態、氣態，那么我們一一來分析他們的組成。

固態——鉛筆芯，用鉛筆芯在紙上畫一條線，用放大鏡去觀察(如圖1)，會發現它是由一個個固體小顆粒組成的，那么再細微化，得出固體物質是由一個個細小的顆粒組成的，顆粒之間會有一點點空隙，不是連在一起的。

建立模型第一步，固體是由小顆粒組成的，顆粒之間存在空隙。

液態——水，同樣用放大鏡去觀察水面，發現水不是由一個個顆粒組成的，而是連成一片的，而且中間不存在著空隙(如圖2)。這結論的得出使得液體也是由顆粒組成的觀點有點動搖；于是我們又做了一個實驗，由于水具有流動性，于是我們在水中加入了有顏色的高錳酸鉀。發現了高錳酸鉀能極快地溶解在水中，變成了高錳酸鉀溶液，顏色充滿了整個瓶子(如圖3)。這個現象值得我們思考，為什么固體高錳酸鉀顆粒能進入水中，是不是水也是由顆粒組成，而且顆粒之間存在間隙，所以固體高錳酸鉀微粒能進人水的空隙間從而和水混合在一起，使得顏色變得均勻。在沒有其他更有說服力的結論下，這條結論更具有可能性。

建立模型第二步，液體也是由小顆粒組成的，而且顆粒之間存在空隙。

為了使得第二步結論更有說服力，我們取兩種液體混合，酒精和水。把相同體積的水和酒精混合后，攪拌，發現攪拌后的體積比原來的總體積小(如圖4)，為什么會有這種現象的?舉個生活中的例子，把一袋米和同樣的一袋黃豆，混合在一起，攪拌均勻后發現體積比原來的兩袋少了，觀察后發現米鉆到了黃豆的空隙里去了。由此可以想象水和酒精也是由顆粒組成的，而且顆粒之間也存在著空隙，使得總體積變小。由這個實驗能充分證明液體也是由小顆粒組成的，而且顆粒之間存在著間隙。

二、建立模型，培養學生空間想象能力

分子之間存在著相互作用的吸引力和排斥力。當學生學到分子之間作用力的時候，學生不易理解，為此我們給學生設立了一個模型。假定分子之間存在著一根彈簧。(如圖5)

當分子之間距離減小時，彈簧被壓縮，分子力表現為排斥力。

當分子之間距離增大時，彈簧被拉伸，分子力表現為吸引力。

由上面的模型，學生在頭腦中能很明顯的想象出一個動態分子被壓縮或者被拉升的情景，既幫助了學生的知識點的學習，又培養了學生的空間想象能力。

當然模型也有模型的不足地方，上述中彈簧被壓縮時只有排斥力存在，而在被拉伸時只有吸引力存在，但是分子之間的作用力是無論分子之間的距離大或者小的時候，排斥力和吸引力都是同時存在的，只不過分子之間距離小的時候排斥力大于吸引力顯示出了排斥力；分子之間距離大的時候吸引力大于排斥力顯示出了吸引力。所以我們在講解知識的時候，在借助模型的基礎上也要對知識做一個全面化的講解，使得學生由模型表象人手，從而更深入地全面了解知識。

三、建立模型，培養學生的判斷能力

1897年，電子的發現揭示了原子也是可分的。1904年湯姆生提出了“葡萄干+蛋糕”的原子內部模型(如圖6)，他設想原子中的帶正電部分像“流體”一樣均勻分布在整個原子球中，而電子則像“葡萄干”一樣鑲嵌在球體的某些固定位置，這些位置由電子與電子之間的排斥力以及電子與正電荷之間吸引力的平衡來確定。(這一模型也是我們現在所熟悉的原子西瓜模型)

1911年，著名物理學家盧瑟福用巧妙的實驗方法收集到有關原子內部的信息，建立了類似行星繞日的核式結構模型(如圖7)。那么這個模型是怎么得出的呢?又是怎么得到證實的?

在講解原子模型的知識時，為了讓學生能更深刻地掌握這一知識，我覺得最好讓學生對比上述的兩種原子結構學說。

人們為揭示原子結構的奧秘，經歷了漫長的探究過程，1911年著名物理學家盧瑟福等人為探索原子的內部結構，在用一束帶正電的、質量比電子大很多的高速運動的d粒子轟擊金箔時發現(如圖8)：

①大多數α粒子能穿透金箔而不改變原來的運動方向；

②一小部分α粒子改變了原來的運動方向；

③有極少數α粒子被彈了回來。

通過現象①說明原子內部比較空曠，大部分“粒子沒有遇到大質量的帶電的粒子從而改變原來的運動軌跡，同時說明原子的正電荷和質量大部分集中在原子內部很小的一個點上。

通過現象②中α粒子方向改變，說明α粒子經過大質量的帶正電的粒子附近時，受到較強的電荷的作用力(同種電荷相互排斥，如果粒子帶負電，α粒子將出現減速和吸附現象)，改變了其運動軌跡。

通過現象③極少數α粒子與大質量帶正電的粒子正碰時反彈回來。說明大質量的帶正電的粒子極少，而且比較集中。

由3個現象總結，學生很容易得出原子內部正確的結構模型——行星繞日的核式結構，在使得學生掌握原子內部結構的同時，也培養了學生透過現象認識本質的判斷能力。