高中物理模型構(gòu)建及教學(xué)策略

1、高中物理模型構(gòu)建及教學(xué)策略 摘要：物理模型構(gòu)建是物理學(xué)發(fā)展的重要方向。高中物理模型雖然不同于科學(xué)研究中的物理模型，但兩者思維過程的本質(zhì)是一樣的。本文主要介紹高中物理模型的構(gòu)建、構(gòu)建模型的教學(xué)策略、使用模型應(yīng)注意的問題。 關(guān)鍵詞：物理模型；模型構(gòu)建；教學(xué)策略 物理學(xué)是一門研宄自然現(xiàn)象和事物的科學(xué)，而事物之間有復(fù)雜的聯(lián)系，這使得研宄產(chǎn)生了復(fù)雜性，這就要求我們對其進行科學(xué)的抽象，建立起能反映物理客體本質(zhì)屬性的理想模型。任何一個物理模型，都表征著對一個運動的本質(zhì)描述，既標志著對運動的認識深度，也標志著對運動的概括能力，從這個意義上看，一個物理模型代表著一種物理思維。 一、高中物理模型的構(gòu)建 物理模型構(gòu)

2、建與科學(xué)研究中的物理模型構(gòu)建既有聯(lián)系又有區(qū)別。首先兩者構(gòu)建主體的知識背景不同，前者是僅有中學(xué)知識水平的學(xué)生，后者是擁有豐富物理學(xué)、天文學(xué)、數(shù)學(xué)等知識功底的物理學(xué)家；其次兩者構(gòu)建的要求不同，前者是根據(jù)高中物理課程標準的要求設(shè)計的，后者是根據(jù)科學(xué)研宄的要求設(shè)計的；再次兩者構(gòu)建的目標不同，前者是為了讓學(xué)生更好地認識物理基本知識和基本規(guī)律，后者是為了更深入的認識一個物理事件的本質(zhì)。但從根本上說兩者思維過程是一致的，都通過探宄，使用歸納、演繹、類比等思維方法，將己有物理知識進行假設(shè)、模擬，把復(fù)雜的事物進行簡化、抽象構(gòu)建一個能反映原型物理本質(zhì)的模型，進而通過對模型的研究獲取原型的信息，為形成理論建立基礎(chǔ)。

3、物理概念模型的構(gòu)建。物理概念不僅是物理基礎(chǔ)知識的重要組成部分，也是構(gòu)成物理規(guī)律、建立物理公式和完善物理理論的基礎(chǔ)與前提。物理概念是人類智慧的結(jié)晶，凝結(jié)著很高的智力價值，是培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)、提高能力的好材料。給抽象的或復(fù)雜的物理概念建立模型，能幫助學(xué)生認識物理事物的本質(zhì)，如“電場強度”概念模型的構(gòu)建：通過觀察與分析可知，同一個檢驗電荷在場源電荷形成的電場中的不同位置所受電場力大小、方向均不同。這個電場力是同一個電場對同一個檢驗電荷的，所以，場源電荷周圍不同位置的電場有強弱之分和方向之別。因此，要引入物理量描述這種性質(zhì)一一電場強度。（）電場強度的方向同一檢驗電荷在電場中不同的點所受電場力方向不同，

4、因此，場強不僅有大小，而且有方向，是矢量。用檢驗電荷所受電場力的方向表征場強方向比較恰當，但是正、負檢驗電荷在電場中同一點所受電場力方向相反，怎樣定義場強方向呢？回顧初中磁場方向的定義，小磁針、極受力方向也是相反的，于是人為規(guī)定：小磁針極受力方向為磁場方向，這是人們的一種習慣。電場強度方向的定義也是如此，規(guī)定帶正電的檢驗電荷所受的電場力方向為場強方向。（）電場強度的大小據(jù)庫侖定律知點電荷在場源電荷形成的電場中某點所受的電場力大小一定，不同位置所受的電場力大小不同，且都與點電荷的電荷量成正比（分析數(shù)據(jù)表略）。分析數(shù)據(jù)不難得出：放入電場中某點的試探電荷所受的電場力與試探電荷所帶電荷量的比值一定，電

5、場中不同點比值不同，此比值只與場源電荷有關(guān)、與電場中的位置有關(guān)，而與試探電荷？無關(guān)，該比值就是該點的電場強度。物理原理和規(guī)律模型的構(gòu)建。物理原理和規(guī)律主要包括物理事物的特征、成因及其發(fā)展變化和相互間的聯(lián)系，這種模型可以讓學(xué)生更深刻的認識物理現(xiàn)象、運動和規(guī)律，如力與運動關(guān)系模型的構(gòu)建。實驗探宄：取三個相同的鋼球，將其中兩個球分別包裹錫箔紙和棉膠帶，在斜面左側(cè)同一高度處靜止釋放，觀察三個小球到達右側(cè)最高點位置?，F(xiàn)象：三個小球到達右側(cè)最高點時高度比釋放時的高度低一些；普通鋼球接近釋放時的高度，包裹醫(yī)用棉膠帶的鋼球最低。學(xué)生猜想：球與軌道間有摩擦，且大小不同。學(xué)生體驗：感受三個鋼球表面的粗糙程度，普通

6、鋼球最光滑、包裹棉膠帶的鋼球最粗糙。探宄結(jié)果：三個鋼球釋放后總是試圖達到原來釋放時的高度，但由于摩擦阻力的存在，它們總達不到釋放時的高度，摩擦阻力越小鋼球越接近釋放時的高度。探宄實驗：普通鋼球從左側(cè)同一高度靜止釋放，減小右側(cè)斜面與水平面間的夾角。現(xiàn)象：鋼球接近釋放時的高度，運動的時間和距離會越來越長。推論：繼續(xù)減小右側(cè)斜面與水平面間的夾角直到右側(cè)斜面水平，再釋放鋼球，鋼球會一直運動下去，永遠停不下來。學(xué)生認識到不受力作用時物體將保持原來的運動狀態(tài)不變。在這樣一個探究過程中，提出問題、猜想與假設(shè)、分析論證等要素十分突出，實驗所起的作用也十分明顯。物理知識系統(tǒng)模型的構(gòu)建。物理事物各要素之間是相互聯(lián)

7、系、相互作用、相互制約的，特別是復(fù)雜的物理事物影響因素很多，知識系統(tǒng)模型就是把這些影響因素進行分類、歸納，并找到它們之間的相互聯(lián)系，從而進行快速、有效地整理、分析，形成全面的物理知識系統(tǒng)。如靜電場性質(zhì)模型的構(gòu)建（如圖所示）。試探電荷在電場中某點所受電場力與電荷比值圖靜電場性質(zhì)模型的構(gòu)建形成穩(wěn)固的“知識鏈”有利于突出知識遞進關(guān)系。知識間聯(lián)系越緊密，就越容易為教學(xué)提供一個比較清晰的知識線索，確保學(xué)生的學(xué)習循序漸近。高中物理理想模型能夠把一些復(fù)雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。在構(gòu)建物理模型時，必須遵循以下原則：相似性：在允許的近似范圍內(nèi)，準確地反映物理的客觀本質(zhì)；抽象性

8、：在充分認識客體的前提下，總結(jié)出更深層次的理性表述；可控性：以物理模型所表示的物理情景，要能進行控制下的運行及模擬。讓學(xué)生更透徹的理解物理知識，有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，使學(xué)生從前人的科學(xué)思維中獲得收益，激發(fā)他們學(xué)習的主動性和刨造性，提高物理教學(xué)的有效性。 二、構(gòu)建高中物理模型的教學(xué)策略 構(gòu)建高中物理模型的教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生情況和教學(xué)資源合理配置。建立正確的概念，掌握基本物理和規(guī)律。概念、原理和規(guī)律是物理學(xué)習的基礎(chǔ)，也是構(gòu)建物理模型的基礎(chǔ)。熟練思維方法。在物理知識的學(xué)習過程中，經(jīng)常會使用歸納、演繹、類比等思維方法，如果對這些思維方法不熟練，會嚴重影響學(xué)生對物理知識的學(xué)習

9、、理解和應(yīng)用，從而影響物理模型的構(gòu)建。因此，對這些思維方法的訓(xùn)練和指導(dǎo)是必須的。落實一定數(shù)量的物理模型構(gòu)建活動。模型的教育意義需要通過“建構(gòu)”來實現(xiàn)。在模型建構(gòu)活動中，往往需要進行觀察或?qū)嶒灒枰M行歸納和演繹，需要運用己有知識進行假設(shè)、模擬、將復(fù)雜的事物進行簡化、抽象出其本質(zhì)屬性，需要將頭腦中抽象的概念具體化、形象化并身體力行。通過親身參與這樣的活動，學(xué)生在探索思考中，可以體會到模型建構(gòu)的方法，獲得成功的喜悅，才可能將模型方法內(nèi)化為認知圖式，獲得認知水平上的提升。可以說，模型方法的精髓體現(xiàn)在建立模型的探索與發(fā)現(xiàn)之中，不親身經(jīng)歷其中的困惑與發(fā)現(xiàn)，很難領(lǐng)悟模型方法的要領(lǐng)與關(guān)鍵。 三、使用模型應(yīng)注

10、意的問題 高中物理模型教學(xué)應(yīng)該注意以下幾個方面：物理模型有一定的適用條件?，F(xiàn)實世界中，有許多事物與這種“理想模型”十分接近，在一定場合、一定條件下，作為一種近似，可以把實際事物當作“理想模型”來處理，但也要具體問題具體分析。譬如，在研宄地球繞太陽公轉(zhuǎn)運動的時候，地球上各點相對于太陽的運動可以看作是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計，這樣就可以把地球當作一個“質(zhì)點”來處理；但在研宄地球自轉(zhuǎn)時，地球上各點的轉(zhuǎn)動半徑不同，地球的形狀、大小不可以忽略，不能把地球當作一個“質(zhì)點”來處理。物理模型是在不斷完善發(fā)展的。同一事物在不同階段可用不同模型來描述，但其模型總是不斷地從初級向高級發(fā)展，不斷完善。譬如原子模型有代表性的就有湯姆生“棗糕式”原子模型、盧瑟福“原子核式結(jié)構(gòu)”模型、玻爾“軌道量子化”原子模型，再如研究固體比熱時有三維諧振子模型、德拜模型等。在中學(xué)物理教學(xué)中，由于學(xué)生知識及能力的限制，對某些物理圖景只采用比較低級的模型，如研宄氣體性質(zhì)時，采用理想氣體模型，而在普通物理中就采用范氏氣體模型。理論聯(lián)系實際。構(gòu)建物理模型是為了更好的認識物理事物，因此必須把物理模型應(yīng)用在實際生活中。如建立起單擺這一理想化模型后，理解了單擺的周期公式，可以解