高中物理模型類型及實(shí)施策略探析

喬崢

摘 要：首先分析了常見的三種物理模型，即對(duì)象模型、過程模型、理論模型，再探討了高中物理建模教學(xué)的實(shí)施策略，最后進(jìn)行了全文總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高中物理；模型類型；實(shí)施策略

素質(zhì)教育要求高中物理教學(xué)應(yīng)該達(dá)到如下目標(biāo)：學(xué)生應(yīng)能自主建立知識(shí)架構(gòu)；培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)的能力；引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)具體問題的解決進(jìn)行遷移和創(chuàng)新。在這些要求下，引入模型教學(xué)意義重大。由此本文對(duì)物理模型類型和應(yīng)用策略進(jìn)行了研究。

一、常見的三種物理模型分析

1.對(duì)象模型

對(duì)象模型是根據(jù)所要研究的對(duì)象，舍棄非本質(zhì)的、次要的因素，抓住主要的、本質(zhì)的因素，從而建立起容易分析和研究的，并且能夠反映研究對(duì)象主要特征的簡(jiǎn)單模型。主要的對(duì)象模型有彈簧振子、質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、單擺、理想氣體等。每個(gè)模型又都有質(zhì)量、尺寸、形狀、熱容量、導(dǎo)電性等特征，在不同的分析模型中，應(yīng)用不同的特征進(jìn)行模型的構(gòu)建。

2.過程模型

過程模型是研究物體變化過程的模型，根據(jù)研究物體的性質(zhì)和問題的需要，將很多復(fù)雜因素進(jìn)行轉(zhuǎn)變，找出主要因素，去掉次要因素，從而揭示事物變化的本質(zhì)，建立成理想模型。如質(zhì)點(diǎn)模型中的勻變速、勻加速、自由落體、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、完全彈性碰撞等；熱力學(xué)中的等容、等壓、絕熱變化等，將對(duì)象模型化，再將過程模型化，是解決問題的幾個(gè)步驟。

3.理論模型

理論模型一般以假說的形式展現(xiàn)在人們面前。基于觀察、分析、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，將需要研究的物理客體或者研究對(duì)象在結(jié)構(gòu)上、作用力方面、運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面等進(jìn)行簡(jiǎn)化的描述。如盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型就是經(jīng)過原子結(jié)構(gòu)模型建立以及不斷地修正之后得出的。

二、高中物理建模教學(xué)實(shí)施策略

1.基于知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成建立模型

物理模型是物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)，也是構(gòu)成物理知識(shí)體系的基本元素。一般的高中物理模型包括對(duì)象模型、過程模型、理論模型這三種。抓住這三個(gè)模型體系，就抓住了高中物理模型的主干和紐帶。而學(xué)習(xí)和應(yīng)用物理模型，有利于學(xué)生形成物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，掌握網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行遷移。

如，關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，可以建立以下一些模型：如質(zhì)點(diǎn)模型、力的模型、勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型等。將這些模型深入理解，可以進(jìn)行廣泛遷移和應(yīng)用，從而進(jìn)一步將物理知識(shí)系統(tǒng)化和概括化，并促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的真正理解，也便于學(xué)生更好地掌握和運(yùn)用物理知識(shí)，形成知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。平拋運(yùn)動(dòng)模型可以遷移到電場(chǎng)中的帶電粒子偏轉(zhuǎn)問題。學(xué)生在學(xué)習(xí)了舊知識(shí)后對(duì)新知識(shí)可以進(jìn)行有效遷移，從而使知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)相互連通，最后完成對(duì)物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系的構(gòu)建。

2.基于科學(xué)方法的掌握建立模型

物理模型可以說是一種分析問題的方法，建立模型可以有效地將抽象轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w，將復(fù)雜轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單，將理論轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用，從實(shí)際問題分析出模型。物理模型有利于學(xué)生具體問題具體分析，并形成一種科學(xué)的物理分析方法。平時(shí)學(xué)習(xí)中常見的物理模型有小車、小球、單擺、彈簧、質(zhì)點(diǎn)等。在實(shí)際生活中對(duì)具體的物體分析時(shí)，也需要有一種轉(zhuǎn)化思想，運(yùn)用理想化的模型方法，將物理理論應(yīng)用于實(shí)際問題的分析中。

如，質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、理想流體、純電阻等，以及簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、光的直線傳播、自由落體運(yùn)動(dòng)模型等，都是運(yùn)用了理想化的模型分析方法，研究、分析和解決一般問題。這對(duì)實(shí)際生活中解決問題的方法提供了借鑒。理想化的方法是突出主要矛盾，作用很小的方面可以忽略不計(jì)。如，電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，理想化的情境是不考慮重力的，因?yàn)橹亓εc電場(chǎng)力相比很弱。再如，高溫、低壓下不容易液化的氧氣、氫氣、氮?dú)狻⒑獾缺划?dāng)作理想氣體來處理，誤差很小。處理真實(shí)氣體時(shí)，加上分子占有的體積和分子間的相互作用力這兩個(gè)方面，修正理想狀態(tài)方程，就可以得出比較符合實(shí)際的結(jié)果。

3.基于STS教育理念滲透建立模型

STS教育理念與新課改理念不謀而合。STS強(qiáng)調(diào)將科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)融為一體，并且注重面向全體、面向公眾；強(qiáng)調(diào)技術(shù)、科學(xué)對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)的作用，對(duì)于人們生活的有效促進(jìn)；重視科學(xué)與發(fā)明創(chuàng)造，強(qiáng)化創(chuàng)新理念，并關(guān)注科技發(fā)展對(duì)于社會(huì)的影響后果。

如，電場(chǎng)的加速模型可以拓展到實(shí)際生活中電視機(jī)顯像管、電子顯微鏡內(nèi)的高壓產(chǎn)生的加速電場(chǎng)對(duì)電子具有加速作用的模型。在電視機(jī)顯像管內(nèi)，被加熱的燈絲射出來的電子，經(jīng)過2～3萬伏加速電壓的作用，以極大的動(dòng)能射到了熒光屏上，從而激發(fā)熒光粉發(fā)出光來。其理論基礎(chǔ)是動(dòng)能定理，物理模型是電場(chǎng)加速模型，實(shí)際應(yīng)用是電視機(jī)顯像管。這一“理論—模型—應(yīng)用”的學(xué)習(xí)模式，滲透了STS教育理念，也使得學(xué)生對(duì)物理知識(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

開展模型教學(xué)加強(qiáng)了物理知識(shí)與生活實(shí)際的聯(lián)系，讓學(xué)生樂于學(xué)習(xí)模型，從中可以找到有效解決問題的思路與方法。同時(shí)，開展模型教學(xué)也加強(qiáng)了物理知識(shí)與高新技術(shù)的聯(lián)系，學(xué)生能體驗(yàn)到物理的應(yīng)用價(jià)值，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。模型教學(xué)的引入與實(shí)施，為培養(yǎng)社會(huì)需要的人才做出了貢獻(xiàn)，也奠定了學(xué)生未來發(fā)展的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

譚博.高中物理教學(xué)中物理模型的構(gòu)建策略研究[J].才智，2010.

編輯 楊國(guó)蓉