在物理教學中建構(gòu)物理模型

1、 在物理教學中建構(gòu)物理模型 摘要：中學物理教材中有許多物理知識比較抽象，學生往往不易理解和接受，并會因此而失去學習的信心。但如果借助“物理建模思想構(gòu)建”教學，采用模型構(gòu)建思想的方法，突出物理情景問題的主要部分，疏通思路，幫助學生建立起清晰的物理情景，使物理問題簡單化，這樣不僅起到增強學生學習的自信心的作用，同時還潛意識地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性的能力，提高教學質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：建構(gòu)物理模型理想化 根據(jù)新課程標準要求， 中學物理要體現(xiàn)“從生活走進物理， 從物理走向生活”的新理念。所以在教學中能否將實際問題與頭腦中已有物理模型建立聯(lián)系，將實際問題轉(zhuǎn)換為物理問題是關(guān)鍵。物理模型在實際問題與物理問題間起到了橋

2、梁的作用，本文將從物理模型的概念、重要作用，以及教學中如何指導學生建構(gòu)物理模型等方面談下自己的看法。 一、認識物理教學中的物理模型法 物理學是一門研究物質(zhì)最普遍、最基本的運動形式的自然科學。而所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯(lián)系，一方面反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產(chǎn)生了復雜性。因此，許多比較復雜的問題需要我們引入能夠描述其要點的輔助量或建立理想化模型，幫助研究與解決問題，這就是模型法。建構(gòu)理想化模型是物理學研究中常用的方法。 物理模型是理論知識的一種初級形式，就是將我們研究的物理對象或物理過程、情境通過抽象、理想化、簡化、和類比等方法，進行“去

3、次取主”“化繁為簡”的處理，把反應研究對象的本質(zhì)特征抽象出來，構(gòu)成一個概念或?qū)嵨锏捏w系，就形成物理模型。物理模型既源于實踐，而又高于實踐，在 我們的生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域中帶有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。物理模型的構(gòu)建是一種重要的科學思維方法，通過對物理現(xiàn)象或過程，從而尋找出反映物理現(xiàn)象或物理過程的內(nèi)在本質(zhì)及內(nèi)在規(guī)律達到認識問題的目的。 二、物理模型在初中物理教學中的作用 在物理學習中，有的學生經(jīng)常拿到物理題目無從下手，造成這種情況的原因是多方面的，但其中一個重要原因，就是這部分學生基礎不牢，沒有掌握好一些類別：教學設計 題目：在物理教學中建構(gòu)物理模型 基本的物理模型。物理是一門培養(yǎng)思

4、維的學科，它特別強調(diào)一個“悟”字，思考的越多，感悟的越多，屬于自己的東西也就越多。因此，我們在平時解題中千萬不能貪多求快，要能概括出題目所屬的物理模型，這樣做不僅能達到舉一反三的目的，久而久之，物理建摸的本領(lǐng)也會得到很大的提升。而一旦具有了自主建模的本領(lǐng)很多看似復雜的題目就會迎刃而解。因此，在物理學習中建立合理的模型會給我們的學習帶來事半功倍的效果。 例如：有些物理問題、現(xiàn)象或過程非常抽象，難以理解，運用模型思維建立起模型，將使問題變得直觀形象。如在研究光現(xiàn)象時，用光線形象表示光的傳播路徑：即沿光的傳播路線畫一條直線，并在直線上畫上箭頭表示光的傳播方向。而實際上我們在觀察太陽、電燈光源所發(fā)出的

5、光時，是看不見帶箭頭的直線的。引入“光線”這一模型，只是為了研究光現(xiàn)象方便，如果不用光路圖就很難學習光現(xiàn)象的知識。同樣，用力的示意圖表示力的三要素。物體間力的作用是看不見，摸不著的，為了更好地研究物體受力，并發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，我們用一根帶箭頭的線段來表示力。研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時，建立原子核式結(jié)構(gòu)模型。在研究磁場時用磁感線描述磁場等等。這些模型的建立，使很多物理現(xiàn)象變得很直觀，更易于我們接受。 同樣，在物理教學中，很多問題也是很復雜的，很難研究的。如能將其轉(zhuǎn)化成物理模型將使問題變得簡單化。如：對物體進行受力分析時，可以不考慮物體的形狀和大小，可以把物體看成一個質(zhì)點，物體受到的力都作用在一點

6、上。同樣，生活中很少有一個物體真正的做勻速直線運動，在我們研究運動問題的時候，在某種條件下，我們就可以認為物體做的是勻速直線運動。 三、如何在中學物理教學中構(gòu)建及應用物理模型 縱觀物理學發(fā)展史，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是由于科學家們經(jīng)過大膽的猜想構(gòu)思，創(chuàng)建出科學的理想化的物理模型，并通過實驗檢驗或?qū)嵺`驗證，模型與事實基礎很好吻合前提下獲得的。如：伽里略讓小球從彎曲的 斜梢上自由下落，當斜梢充分光滑時，小球可沿另端斜梢上升到初始高度，如果另端斜梢末端越接近水平，小球為達到初始高度，將運動很遠。如果末 端完全水平，小球?qū)⒁恢边\動下去，永不停止。正因為伽里略構(gòu)建了光滑這 一理想化的模型，才有慣性定律

7、的重大發(fā)現(xiàn)。 同樣， 在我們?nèi)粘５慕虒W過程中發(fā)現(xiàn)， 有心的同學熟練掌握了這些物理模型，就可將一些看似復雜的物理情景化解為簡單模型的組合，靈活簡便地解出難題，可謂熟能生巧。而沒留心的同學只會根據(jù)最基本的概念規(guī)律去推證，結(jié)果費時費力，即使得出了結(jié)果，心中對那些物理情景仍不是很清楚，不能留下深刻的印象，更談不上觸類旁通，溫故知新。所以在日常教學中，要指導學生會運用物理模型分析和解答實際的物理問題，在解決問題中培養(yǎng) 與訓練學生的物理模型，其基本步驟為： (1)(1)通過審題，攝取題目有效信息.如：物理現(xiàn)象、物理事實、物理情景、物理狀態(tài)、物理過程等. (2)(2)在尋找與已有信息(某種知識、方法、模型)

8、的相似、相近或聯(lián)系，通過類比聯(lián)想或抽象概括，或邏輯推理等，建立起新的物理模型，將新情景問題“難題”轉(zhuǎn)化為常規(guī)命題. (3)(3)選擇相關(guān)的物理規(guī)律求解. 我們平常碰到的一些物理習題，就是依據(jù)一定的物理規(guī)律、物理模型精心構(gòu)思設計而成的。只要找到事物間的聯(lián)系，就可迅速找到解決問題的途徑。 例題：(2009(2009 年荊州市中考試題)電路中有一個滑動變阻器，現(xiàn)測得其兩端電壓為 9V,9V,移動滑片后， 測得其兩端電壓變化了 6V,6V,如果通過滑動變阻器的電流變化了，則()() A.A.移動滑片前滑動變阻器接入電路的阻值是 4 4Q Q B.B.移動滑片后滑動變阻器接入電路的阻值是 4Q4Q C.

9、C.移動滑片后滑動變阻器兩端的電壓一定為 3V3V D.D.移動滑片后滑動變阻器兩端的電壓可能為 15V15V 分析：本題沒有給出電路圖，電路中的元件和連接方式都不清楚，不知從何下手，下面我們就從模型建構(gòu)的角度入手： 建構(gòu)模型的指導思想一一為了解釋一些物理現(xiàn)象，我們需要提出種種假 說或假設。我們在解釋本題電壓電流變化時，不妨也提出一些假設，通過分析、推理去判斷假設是否正確，這也是我們通常所講的假設法。 本題模型建構(gòu)的詳細過程：琦J J- - 1 1 定性。即確定電路各元件及其連接關(guān)系。U凸 R R 電路 中一般有電源，導線和開關(guān)，由題目知道該電路中還有一個滑動變阻器；移動滑片后，測得滑動變阻器

10、兩端電壓發(fā)生變化，說明該電路中還有一個電阻與其串聯(lián)（假設是并聯(lián)，則滑動變阻器兩端電壓將保持不變）。此時形成電 路初步模型如右圖 1,1,這個電路的原型是用變阻器控制燈泡亮度的電路圖。由此可見，學生分析解答的過程，就是識別和還原，開發(fā)和利用原有物理模型的過程。在分析物理問題時，需要有根據(jù)的抽象，剔粗取精、去偽存真。 2 2 定量。即運用電路公式和規(guī)律確定各物理量的大小。這里有兩種移動滑片的情況： 一是向左移動滑片，電阻變小，滑動變阻器兩端的電壓將減小 6V,6V,為 3V3V。通過滑動變阻器的電流增大了，所以此時電流應大于，由歐姆定律，移動滑片后滑動變阻器接人電路的阻值R R應小于2Q2QO O

11、可以假設R=1Q,R=1Q,由歐姆定律求出I=3A,I=3A,進一步可知移動滑片前的電流為， 再結(jié)合串聯(lián)電路中各部分電壓之和等于總電壓，可以得到下列兩個式子， 由上兩式可以求出 R=4Q,UR=4Q,U（電源）= =15V15V。移動滑片前后滑動變阻器兩端電壓、電阻以及通過的電流大小如圖 2 2 所示。 二是向右移動滑片，電阻變大，滑動變阻器兩端的電壓將增大 6V,6V,為 15V15V。通過滑動變阻器的電流減小了，所以此前電流應大于，由歐姆定律，移動滑片前滑動變阻器接入電路的阻值R R應小于6Q6QO O可以假設R=3Q,R=3Q,由歐姆定律求出I=3A,I=3A,進一步可知移動滑片后的電流

12、為， 再結(jié)合串聯(lián)電路中各部分電壓之和等于總電壓，可以得到下列兩個式子， 由上兩式可以求出 R=4Q,UR=4Q,U（電源）= =21V21V。移動滑片前后滑動變阻器兩端電壓、電阻以及通過的電流大小如圖 3 3 所示。 由上可知，移動滑片前后滑動變阻器接人電路的阻值都不是 4Q,4Q,故 A A、 B B 錯；移動滑片后滑動變阻器兩端的電壓可能為 15V,15V,也可能為 3V,3V,故選 DoDo 總之，由于客觀事物具有多樣性，人們不可能一下把它們認識清楚，而采用理想化的客體，即建立正確的物理模型來代替實在的客體，就可以使事物的規(guī)律具有比較簡單的形式，便于教師引導學生去認識和掌握它們，使學生對物理本質(zhì)的理解更加細致深入，對解決物理問題的分析更加清晰明了，所以，物理模型在中學物理