多種物理模型在高中教學(xué)中的應(yīng)用

王旭

摘要：近年來(lái)，多種物理模型在高中教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用和關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對(duì)物理建模相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了物理模型構(gòu)建的基本原則。在探討物理模型構(gòu)建在高中教學(xué)中重要作用的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從建立模型概念、認(rèn)清條件模型，突出主要矛盾等多方面，研究了多種物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：多種物理模型；高中；教學(xué)；應(yīng)用

一、前言

作為能夠有效提升高中教學(xué)效果的方法與途徑之一，多種物理模型的應(yīng)用至關(guān)重要。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)多種物理模型應(yīng)用的分析與掌控力度，從而通過(guò)合理化的措施與策略，進(jìn)一步優(yōu)化高中教學(xué)工作的整體效果。

二、物理建模概述

物理模型是一種理想化的物理情況，也是物理知識(shí)的一種直觀簡(jiǎn)單表現(xiàn)形式，研究者在進(jìn)行理論研究時(shí)通常都要從建造“模型”入手，利用抽象、理想化、突出主要因素、忽略次要因素、類比、各種數(shù)學(xué)方法等手段，把研究對(duì)象的物理本質(zhì)特征抽象出來(lái)，構(gòu)成一個(gè)非本質(zhì)的物理概念概念或?qū)嵨矬w模型系，處理物理問(wèn)題的一種思維方法。從本質(zhì)上說(shuō)，分析和解決物理問(wèn)題的過(guò)程，就是構(gòu)建物理模型的過(guò)程；我們平時(shí)所說(shuō)的解題時(shí)應(yīng)“明確物理過(guò)程”，在頭腦中建立“簡(jiǎn)單、清晰的物理情景”，本質(zhì)就是指構(gòu)建物理模型。例如，幾乎所有的天體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題都可以用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)去求解，所有可以歸為圓周運(yùn)動(dòng)模型。但是在許多實(shí)際問(wèn)題中，運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)過(guò)程不顯而易見(jiàn)，而是隱含較深，必須通過(guò)理性的分析、判斷等思維過(guò)程后才能建立起實(shí)際的模型。

三、物理模型構(gòu)建的基本原則

模型構(gòu)建的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循相關(guān)的基本原則，這也是在培養(yǎng)學(xué)生的建模能力的過(guò)程中教師需要引起注意的關(guān)鍵點(diǎn).模型的構(gòu)建首先要有一定的理論基礎(chǔ)或者實(shí)驗(yàn)依據(jù)，不能憑空隨意構(gòu)建物理模型，那樣的模型顯然沒(méi)有科學(xué)依據(jù).物理模型應(yīng)當(dāng)是對(duì)于很多常規(guī)物理學(xué)問(wèn)題或者是一些經(jīng)典物理學(xué)過(guò)程的一種簡(jiǎn)化與提煉，因此，在模型的構(gòu)建中首先要有明確的科學(xué)依據(jù)，并且要尊重一些基本事實(shí).在這樣的前提下構(gòu)建的物理學(xué)模型才能夠真正輔助問(wèn)題的分析，并且能夠保障問(wèn)題解決的準(zhǔn)確與高效.

物理模型理想化方便我們處理實(shí)際的問(wèn)題，但是理想化也是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，物理模型的構(gòu)建如果沒(méi)有以堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，是經(jīng)不起推敲的.最典型的例子便是上世紀(jì)初盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的老師湯姆遜“棗糕式”原子模型設(shè)想是不成立的，于是盧瑟福以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，又提出了自己的物理模型，即原子核結(jié)構(gòu)，后人的實(shí)驗(yàn)也都證明了原子核結(jié)構(gòu)的正確性.物理模型的構(gòu)建一定要找到明確的科學(xué)依據(jù)，并且要借助相關(guān)的物理學(xué)知識(shí)為依托來(lái)驗(yàn)證模型的科學(xué)性與可行性.這樣才能夠保障物理模型的有效，并且能夠真正為很多實(shí)際問(wèn)題的解決帶來(lái)良好的輔助作用.

四、物理模型構(gòu)建在高中教學(xué)中的重要作用

1、模型構(gòu)建將抽象的物理概念化繁為簡(jiǎn)。物理模型是對(duì)物理規(guī)律和物理概念知識(shí)的抽象化描述，其結(jié)合物理知識(shí)發(fā)現(xiàn)與研究的根本目的，從物理思維和科學(xué)研究的角度對(duì)原型客體進(jìn)行本質(zhì)化的再現(xiàn)。物理模型是去表現(xiàn)抓住事物主要矛盾的基本物理研究方法，合理的運(yùn)用物理模型，可以將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，以發(fā)現(xiàn)事物本在的物理規(guī)律。

2、在高中物理教學(xué)中運(yùn)用模型構(gòu)建法可幫助學(xué)生更深刻的掌握物理知識(shí)。結(jié)合具體的物理教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建特定的物理模型有助于將抽象的物理定律進(jìn)行生動(dòng)的形象化表現(xiàn)，這對(duì)引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力有著極其重要的促進(jìn)作用。例如物理教學(xué)中構(gòu)建電場(chǎng)線對(duì)電場(chǎng)的描述模型、原子核結(jié)構(gòu)對(duì)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(xué)生對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)知與掌握。

3、運(yùn)用物理模型進(jìn)行問(wèn)題分析，可提高學(xué)生解決具體物理問(wèn)題的思維能力。具體物理問(wèn)題的分析與解決，都離不開(kāi)對(duì)物理本質(zhì)的把握與主、次矛盾的抽取。在高中物理教學(xué)中，具體物理問(wèn)題物理模型的構(gòu)建，都需要教師對(duì)模型的設(shè)計(jì)思路和物理定律的運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)解析以逐步的培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的物理思維能力。經(jīng)過(guò)反復(fù)的訓(xùn)練以培養(yǎng)學(xué)會(huì)對(duì)復(fù)雜物理知識(shí)進(jìn)行具體化的分析、獨(dú)立解決并合理運(yùn)用物理模型進(jìn)行再研究、再學(xué)習(xí)。

五、多種物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用

第一，建立模型概念，物理模型大都是以理想化模型為對(duì)象建立起來(lái)的。建立概念模型實(shí)際上是撇開(kāi)與當(dāng)前考察無(wú)關(guān)的因素以及對(duì)當(dāng)前考察影響很小的次要因素，抓住主要因素，認(rèn)清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型解決實(shí)際問(wèn)題。如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、點(diǎn)電荷等等。學(xué)生在理解這些概念時(shí)，很難把握其實(shí)質(zhì)，而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

第二，認(rèn)清條件模型，突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理?xiàng)l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(wèn)題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。

第三，構(gòu)造過(guò)程模型，建立物理圖景。過(guò)程模型就是將物理過(guò)程模型化，將一些復(fù)雜的物理過(guò)程經(jīng)過(guò)分解、簡(jiǎn)化、抽象為簡(jiǎn)單的、易于理解的物理過(guò)程。例如，為了研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們先將問(wèn)題簡(jiǎn)化為下列兩個(gè)過(guò)程：第一，質(zhì)點(diǎn)在水平方向不受外力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。第二，質(zhì)點(diǎn)在豎直方向僅受重力作用，做自由落體運(yùn)動(dòng)。可見(jiàn)，過(guò)程模型的建立，不但可以使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，還可以加深學(xué)生對(duì)有關(guān)概念、規(guī)律的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

第四，轉(zhuǎn)換物理模型，深入理解模型。通過(guò)對(duì)理想化模型的研究，可以完全避開(kāi)各種因素的干擾，在思維中直接與研究對(duì)象的本質(zhì)接觸，能既快又準(zhǔn)確地了解事物的性質(zhì)和規(guī)律。例如，建立起“平拋”這一理想化模型后，理解了平拋的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以解決類似于平拋的一系列問(wèn)題：沿著光滑斜面水平拋出的小球；帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)等，只要是物體所受合外力是恒力且與初速度垂直，就可利用平拋的運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)多種物理模型在高中教學(xué)中應(yīng)用的研究分析，對(duì)于其良好教學(xué)效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的高中教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)多種物理模型應(yīng)用的重視程度，并注重其具體應(yīng)用過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性。

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