高中物理教學中物理模型構建與應用探析

王春濤

【摘 要】在高中物理課堂教學中，很多教學內容需要借助物理模型來進行輔助教學，同時，物理模型的構建與應用也是培養學生抽象思維能力和創新思維能力的重要途徑。本文在分析物理模型構建的重要性基礎上，探討了高中物理教學模型構建的基本原則，并以具體案例進行了進一步闡釋，以期為高中物理教學提供參考。

【關鍵詞】高中物理；物理教學；物理模型

【中圖分類號】G633.7

物理是一門比較抽象的自然學科，在高中教育中，具有非常重要的基礎作用，也是高考重點考核的科目之一。對于高中物理的學習，學生普遍感覺到比較難懂，也較難以理解，有的學生甚至會陷入學習困境而產生厭煩心理。物理教學模型的構建，不僅能提高學生對物理的學習興趣，還能直觀地幫助學生解決各種物理問題，增進物理課堂教學氣氛，從而促進物理課堂教學效果與質量的提升。

一、物理模型構建在高中物理教學中的重要作用

（一）將抽象的物理概念化繁為簡

物理模型是對物理規律和物理概念知識的抽象化描述，其結合物理知識發現與研究的根本目的，從物理思維和科學研究的角度對原型客體進行本質化的再現。物理模型是抓住事物主要矛盾的基本物理研究方法，合理的運用物理模型，可以將復雜的問題簡單化，以發現事物本在的物理規律。

（二）幫助學生更深刻地掌握物理知識

結合具體的物理教學內容，構建特定的物理模型，有助于將抽象的物理定律進行生動的形象化表現，這對引導和培養學生的物理思維能力，有著極其重要的促進作用。例如，物理教學中構建電場線對電場的描述模型、原子核結構對 α 粒子散射影響原理的物理模型等，可以將抽象的物理概念形象化，以深化學生對物理知識的認知與掌握。此外，物理教學是一個系統的整體，各單元知識相互關聯，利用物理模型構建來引導學生掌握基礎知識，有利于疏導整個教學過程，如在電場物理知識教學中構建“勻速電場”物理模型，學生在對此模型進行深入理解的基礎上，可更快速的理解磁場中的勻速磁場物理概念。

（三）提高學生解決物理問題的能力

具體物理問題的分析與解決，都離不開對物理本質的把握與主、次矛盾的抽取。在高中物理教學中，具體物理模型的構建，都需要教師對模型的設計思路和物理定律的運用進行詳細解析，以逐步的培養學生養成良好的物理思維能力。經過反復的訓練，可以培養學生對復雜物理知識的學習與研究能力。

二、物理模型的構建原則

物理模型的構建可以具體的反映具體事物的物理本質，抽取原型的主要物理特征，并以科學知識和物理實驗數據為支撐。因此，高中物理教學中物理模型的構建必須科學、合理、有理有據，不能盲目、隨意的進行構建，其遵循的原則如下所示：

首先，反映研究對象的本質特征。以理想氣體模型為實例進行分析，在構建物理模型的過程中我們必須抽象出氣體模型的本質特征：（1）氣體分子體積相比氣體體積可以忽略；（2）氣體分析的無規則物理運動性：（3）氣體分子之間及其與器壁之間的碰撞可視為彈性碰撞。在電場、磁場等物理模型構建中亦是如此，在構建物理模型的同時讓學生更深入的理解物理概念與定律如何客觀、真實的反應事物原型。

其次，抽取原型主要因素。物理是一門研究物質世界最基本存在和運行形式的學科，而物質世界的各種自然現象又不是孤立而存在的，事物之間的相互聯系的復雜性使得我們在構建物理模型時不可能面面俱到，這就要求我們要抓住事物的主要因素、主要矛盾而忽略次要因素、次要矛盾。例如，在研究物理的機械運行這一物理知識中，現實世界中物體的運動不可能有單純理想化的直線、勻速、圓周運動，而往往是各種復雜非規則性運動。然而，在實際物理知識的研究中，我們必須抓住物體運行的本質規律、主要因素，以更具體的研究某一物理定律。這才引入了勻速直線運動、勻速圓周運動和簡諧運動等理想化的物理模型。

再次，以實驗為依據。物理模型的建立不能隨心所欲，它是具體物質的本質特征，以科學知識和物理實踐為基礎而建立的。科學、正確的物理模型的建立必須立足與物理實驗，其修正、調整與完善乃至適用范圍都必須遵循與物理實驗為客觀依據的基本原則。

三、高中物理教學中物理模型的構建程序及應用案例

以高中物理教學中“帶電粒子在帶等量異號電荷間的平行板間的運行”這一物理模型進行具體分析物理模型的構建程序和方法。

首先，分析帶電粒子的基本物理特征。（1）帶電粒子的體積極小；（2）本次物理模型的構建的主要因素為研究帶電粒子在電場中的“平動”這一運動規律；（3）帶電粒子所受的物理力在此理想物理模型中為重力和電場力兩種。

其次，確定主次因素。抓住此物理模型的主要研究知識為帶電粒子的“平動”，因此要忽略其“旋轉運動”次要因素；抓住帶電粒子在帶等量異號電荷平板間的物理運行這一特定環境，將其特性視為“勻強電場”，忽略板間運動的邊緣效應；再者，從帶電粒子的受力因素上來分析，因帶電粒子的體積極小，其受到的重力相比其在平行板間的電場力可忽略不計，因此我們視“電場力”為主要因素，“重力”為次要因素。

再次，抓住本質特征 ， 做出合理抽象。根據以上兩個條件的確立，在此物理模型中，我們將帶電粒子視為研究對象，即“質點”。在其所受到的重力相比于電場力可忽略不計的條件下，可視為其只受到恒定的電場力作用。如此一來，這一物理模型所應運用的物理知識包括質點的勻速運動、類平拋運動、勻加速直線運動等，確定哪一運動模型視帶電粒子的初始速度和受力方向而定。這樣，便可以結合已掌握的物理知識對這一具體物理問題進行分析與研究。

再如，對于速度 定向連續移動的電荷，也可以在 方向選取一橫截面積為 的柱體微元，則 時間內通過 截面的電量即為以 為高、 為底面積的柱體微元中的電荷的電量。柱體微元電荷表達式為： 。其中， 為單位體積中的自由電子數， 為電子電量。有了這個微元模型的構建后，問題研究的思路立刻變得清晰起來，這充分體現了微元模型對于物理教學可以發揮的輔助效用。

四、結語

綜上所述，物理模型的構建，對高中物理教學具有非常重要的輔助作用。物理模型能夠將很多微觀的、抽象的運動過程具體化與形象化，重現微觀的運動過程以及力的相互作用過程，對學生理解和學習物理知識裨益無窮。在高中物理教學中，教師要善于引導學生借助物理模型的構建，來使復雜的問題簡單化，以解決物理學習中遇到的實際問題，提高物理學習的有效性。

參考文獻

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