高中物理模型研究與應用的探索

溫勇

高中物理是一門注重實踐研究、以科學實驗為基礎的課程，它研究的是物質運動最本質的規律，是其它科學的基礎。建立物理模型是在物理教學以科學實驗為重要手段的指導思想下提出的，可以使物質運動發生的復雜過程簡單化，使學生更容易理解，更能增強教學的趣味性和互動性，對提高學生的綜合素質有很重要的意義。物理學家和科研工作者的研究方法之一就是建立模型、應用模型，在應用模型的過程中逐步完善模型。

高中物理教學中，通過去除影響研究對象的外部因素而形成的物理模型，可以很好的體現研究對象的本質，從而使每個物理模型都具有典型的代表意義。物理模型是在物理現象的基礎上，經過研究人員分析和思考而形成的，并不是憑空捏造出來的，這就表明了，物理模型是物理學科研究中的一種方法。物理模型可以簡單精確的反映出研究對象的本質，可以從中體現出物理學科的形式美，以上體現出了建模教學的特點。立物理模型是物理教學中的重要手段，使學生在建立物理模型的過程中可以更好的掌握物理知識，這對學生學習物理知識有著重要的作用。在建模教學中，學生可以根據自己所掌握的物理知識來提出問題，并在教師的指導下，通過建立物理模型來解決問題。在這個過程中，既讓學生學習到了物理理論知識，同時又培養了學生的創新能力，使學生的思維更加活躍。在建模教學中，教師一般都處于指導位置，而學生則是課堂的主體，通過建立物理模型給學生提供了非常廣泛的發揮空間，提高了學生學習物理知識、參與物理實驗的積極性和主動性，培養了學生獨立思考和團隊合作的能力。每一個物理模型的建立都不是一次性完成的，都必須要經過反復的設計和實驗，在這個過程中，學生通過互相交流和合作，共同解決和克服物理研究中的問題和困難，充分體驗到了物理實驗研究的樂趣，增強學生探索事物本質規律的興趣，使學生學會運用科學的、抽象的思維方式來處理實際問題。

在高中的物理課堂上，如何開展物理建模教學，是一個亟待解決的問題。建模教學開展的好壞程度，是會影響到學生對物理知識的學習和對物理知識的實際運用的。下面我們就來討論一下開展物理建模教學的方法。物理模型是從物理研究對象中抽象出來的，這就需要學生充分發揮抽象思維能力，抓住研究問題的主要因素，忽略其次要因素。在教學過程中，教師應該加強對學生抽象思維能力的培養，并充分運用到建立物理模型的過程當中去，從而明確的分析出研究問題的主次因素，使學生更好地完成研究實驗，解決物理問題。高中階段的物理模型有很多，一般可分三類：物質模型（質點、輕彈簧、理想氣體等）、狀態模型（氣體的平衡態、原子所處的基態和激發態等）、過程模型（勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動等），而物理題目的設置均是圍繞著這些物理模型展開的。在教學過程中，教師要引導學生樹立物理模型的意識，讓學生逐步認識到華麗包裝的題目后就是赤裸裸的常見的物理模型，做題時要剝離出題目本質，聯系舊有知識，促進知識遷移。也就是說，要有把問題轉化成為物理模型來研究的意識和習慣。例如關于摩擦力有這樣幾個常見判斷題：滑動摩擦力（靜摩擦力）的方向可以與物體的實際運動方向相同嗎？相反嗎？能成任意角度嗎？運動（靜止）的物體可以受靜（滑動）摩擦力嗎？很多學生迷惑在這些概念題中不能自拔。但當學生心中有了擦黑板、走路、傳送帶、手握瓶子任意方向運動等情境時，這些問題便極易解決了。打個不是很恰當的比喻，高中物理學什么？無非是彈簧彈來彈去，滑塊在斜面上滑來滑去，子彈與木塊碰來碰去，帶電粒子在電磁場中飛來飛去。

例如我們在講《功》這一節，必然要講到摩擦力做功的問題：滑動摩擦力能做正功嗎？負功呢？能不做功嗎？靜摩擦力呢？雖說這是功的內容，實際上如果學生對關于摩擦力的相應物理模型很熟悉的話（擦黑板、走路、傳送帶、手握瓶子任意方向運動等），這個問題會很容易被解決，而我們很自然地就把重難點轉移到一對兒滑動摩擦力或靜摩擦力做功代數和為何值這個問題上。總結知識，積累經驗是必要且重要的。隨著信息技術與多媒體技術的飛速發展，教師利用多媒體課件上課已經成為一種常規的教學方式。事實說明，多媒體技術的應用在激發學生學習興趣、增強教學的直觀生動性、方便知識復習、習題練習等很多方面都發揮著巨大的作用，也給我們的物理學科教學帶來了極大的方便。我們用flash可以更加直觀生動地展現那些抽象的無法用手工教具展現的物理模型，從而加深學生的印象與理解。

物理是以實驗為基礎的學科。做實驗是檢查學生是否真正掌握某一物理模型規律的重要手段，是培養物理建模能力的有效途徑。沒有清晰的物理模型概念學生就不會開展實驗過程;沒有習慣性的建模意識和正確進行實驗的科學指導思想，學生就不能通過實驗來培養自己的思維能力、動手能力、創新能力。讓學生帶著物理建模的意識走進實驗室，多進實驗室，才能讓學生真正走進物理學的精妙之門。例如在《萬有引力》的學習中，從古埃及的托勒密，到意大利的伽利略，到第谷開普勒、波蘭人哥白尼，再到牛頓，科學家們在對宇宙的研究過程中都是提出各自的物理模型來比對現實中的現象，從而確立距離實際最接近的理論。牛頓為什么能夠解決困擾科學家們的三大問題從而得出萬有引力定律？正是由于他抓住了事物的主要因素，忽略次要因素，對實際問題進行科學抽象化處理，得出一種能反映原物體本質特征的理想物質、過程或假設結構，而這種理想物質、過程、假設結構就叫做物理模型。社會在進步，科技在發展。從光電管到磁流體發電機，從宇宙飛船到粒子物理……現在每年高考題幾乎都會有關于新技術應用方面的題目出現。這就要求教師也要不斷進行學習。三尺講臺是教師展示魅力的地方，優秀的教師能夠用自己的人格魅力、文化魅力、道德魅力征服學生，抓住學生的眼球與思維，從而潤物無聲、水到渠成。正所謂“親其師，信其道”，只有“征服”學生才能有效地在工作中貫徹落實我們的想法。

綜上所述，每一個物理模型的建立都不是一次性完成的，都必須要經過反復的設計和實驗，在這個過程中，學生通過互相交流和合作，共同解決和克服物理研究中的問題和困難，充分體驗到了物理實驗研究的樂趣，增強學生探索事物本質規律的興趣，使學生學會運用科學的、抽象的思維方式來處理實際問題。建立正確合理的物理模型，可以更加透徹的了解和掌握事物的本質，因此，物理建模能力的高低對學生物理學習成績的好壞有著重要的作用，在高中物理教學中適當的引入建模教學，很好的豐富了學生的學習內容和方式，補充了學生在進行物理實驗過程中的不足，為高中物理學科的教學提供了改革的新思路，對高中物理教學的研究做出了一定的貢獻，有利于完善我國的高中物理教育，逐步實現知識理論和科學實踐的有機結合，同時也為其它學科的教學模式改革提供了新的方法。