淺談模型構建在初中物理教學中的運用

欒美林

隨著新課改的深入，初中物理教學的改革工作已全面展開，教學方法也發(fā)生了變化。物理教學對學生的思維能力和創(chuàng)造能力提出了較高的要求，而模型構建能夠將物理中抽象的概念具體化，復雜的知識簡單化，有利于培養(yǎng)學生的物理素養(yǎng)。下面，筆者從巧用數(shù)學知識建模、構建物理知識模型、鏈接生活元素建模三個方面，探究模型構建在物理教學中的運用。

一、建立數(shù)學模型，演繹物理定律

數(shù)學知識是研究物理的重要工具，物理學中的一些理論離不開數(shù)學知識的運用。筆者通過運用抽象思維的方法，將相關物理量的關系具體化，經(jīng)過數(shù)學推導，歸納演繹物理定律。

例如，如圖1，R1是定值電阻，R2是滑動變阻器，當滑片P從最左端向右滑動時，討論滑動變阻器電功率的變化情況。

圖1

這里的難點是尋找滑動變阻器電功率的最大值。教師可以先根據(jù)滑動變阻器的功率表達式得到P2=U2I=（U-U1）I=（U-IR1）I=-R1I2+UI，再引導學生利用二次函數(shù)y=ax2+bx+c分析，其中，a=-R1，b=U，c=0，當時，P2有最大值。因為，所以2R1=R1+R2，即R1=R2。所以當R2=R1時，滑動變阻器電功率有最大值。

在沒有復雜計算的情況下，教師可以引導學生建立數(shù)學模型解決此類問題，激發(fā)學生學習興趣，提高學生課堂效率，培養(yǎng)學生邏輯思維能力。

二、針對物理現(xiàn)象，建立物理模型

物理知識相對抽象，對學生的思維能力要求較高。教師可以通過系統(tǒng)化和科學化的方式，將物理知識進行歸納、概括、提煉，實現(xiàn)知識的模型化。

例如，小球從蹦床上方O點由靜止自由下落（如圖2），途經(jīng)A、B、C三點，其中A點在蹦床自由狀態(tài)的位置，C點是小球能到達的最低的位置，B點是小球最后靜止在蹦床上的位置。求小球從O點到C點過程的受力分析。

圖2

在分析時，教師需要提醒學生，在不同時間段，小球的受力情況不同。如，小球在下降的過程中，在OA段，只受到重力作用，所以向下做加速運動；因為蹦床給小球的彈力隨彈性形變的增大而增大，所以，在AB段，小球受到的重力比彈力大，故小球向下做加速運動；BC段，小球受到的重力小于彈力，所以小球向下做減速運動。B點位置是小球最后靜止的位置，所以受到的重力和蹦床給它向上的彈力是一對平衡力，大小相等，即小球在下落的過程中，B點位置速度最大。

如體育比賽的“鞍馬”項目中，運動員上“馬”前要踩的踏板；再如，富有刺激性的勇敢者的運動項目——“蹦極”。每一種物理現(xiàn)象都對應著一定的物理模型。在解決物理問題的時候，教師可以通過簡化物理現(xiàn)象，建立物理模型，抓住物理現(xiàn)象的本質，通過類比、等效的方法，引導學生處理同類問題。

三、類比生活現(xiàn)象，深化知識理解

物理來源于生活。對于一些抽象的物理知識，教師可以借助生活中的常見現(xiàn)象，運用物理模型，加深學生對物理問題、物理現(xiàn)象的理解，引導學生準確把握物理規(guī)律，促進學生解決問題。

例如，學生在剛開始學習電路時，對于如何實現(xiàn)從電路圖到實物圖和從實物圖到電路圖的轉換感到困惑。因此，教師可以將電流的路徑類比成水的路徑，便于學生理解。如，水從主干道①的位置進入支流，再從②的位置匯聚到主干道（如圖3）。學生對電路圖進行分析時，只要找到圖中①和②的位置進行建模，就可以抓住解決問題的關鍵。

圖3

教師引導學生畫出電路圖，再根據(jù)電路圖明確①和②的位置以及兩條支路上的元件，按要求連接電線，這樣就能順利地從電路圖轉換成實物圖，大大提高正確率。

從實物圖到電路圖，也是先找到兩個特殊的點。需要注意的是，一個接線柱接多根導線的地方就是這樣的特殊點。例如，如圖4的A、B兩點，電流從正極出發(fā)，經(jīng)過B點后進入支路（圖中的B點就是要找的①的位置），兩條支路上分別有L2、S 和L1，然后匯聚進入干路（圖中的A點就是要找的②的位置），最后回到電源負極。學生明確了①和②的位置以及兩條支路上的元件，即可畫出正確的電路圖（如圖5）。

圖4

圖5

物理教學不僅僅是知識的講授，還需要教師深入研究、思考，引導學生思考、總結，培養(yǎng)學生的物理素養(yǎng)，而模型構建就是一種行之有效的教學方法。教師要結合物理教學的實際情況，培養(yǎng)學生建立模型的能力，引導學生將抽象的知識簡單化，加深對抽象知識的理解，提高物理學習的能力，提升物理學科素養(yǎng)。