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物理模型在中學(xué)教學(xué)中的探析
物理模型在中學(xué)教學(xué)中的探析
王愛臣
�。ㄉ綎|省濟南市商河縣韓廟中學(xué)）
摘 要：物理學(xué)是研究自然界物質(zhì)運動和相互作用的一門科學(xué)，而物理模型是物理學(xué)中一個非常重要的概念，在物理的研究和教學(xué)中，物理模型處處都能起到關(guān)鍵作用。其實，整個物理學(xué)就是由一個個物理模型搭建而成的。重點介紹物理模型在教學(xué)中的意義以及在中學(xué)物理教學(xué)中如何建立并應(yīng)用這些物理模型。
關(guān)鍵詞：物理模型；教學(xué)；解題
物理學(xué)是研究自然界的物質(zhì)、相互作用和運動規(guī)律的自然科學(xué)，物理事實和現(xiàn)象是千變?nèi)f化的，發(fā)現(xiàn)的物理規(guī)律也應(yīng)準(zhǔn)確地描述自然現(xiàn)象。但有些規(guī)律，例如在認(rèn)識牛頓第一運動定律時，因?qū)τ谏钪械倪\動，其過程非常復(fù)雜，不會有單純的直線運動、勻速運動。為了使認(rèn)識成為可能，必須在大量經(jīng)驗事實的基礎(chǔ)上，通過推理抽象概括建立物理模型。因此，建立物理模型，學(xué)會解題，在一定條件下，既是用于處理某些物理實際問題，也是一個增長智慧創(chuàng)新的過程。
一、物理模型在教學(xué)中的意義
《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出有效的學(xué)習(xí)活動不能單純地依賴模仿和記憶，動手實踐、自主探究與合作交流是學(xué)習(xí)的一種重要方法。而在生活和教學(xué)中，對于很多物理現(xiàn)象，需要我們建立和正確地使用物理模型。它是提高學(xué)生學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新和突破，是提高學(xué)生理解和接受新知識的能力巧妙的思維方式之一。因此，在物理教學(xué)過程中，我們都應(yīng)利用或自主的構(gòu)建物理模型，感悟物理的魅力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)的自信心。正確建立和使用物理模型有利于在教學(xué)中把復(fù)雜問題簡單化、明了化，使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明，突出了物理現(xiàn)象的主要本質(zhì)；正確建立和使用物理模型對學(xué)生的思維提高、解題能力的提高都起著重要的作用。
二、在中學(xué)物理教學(xué)中正確建立物理模型
物理模型是科學(xué)地進行物理思維并從事物理研究的一種方法。利用物理模型可形象直觀描述物理現(xiàn)象，把復(fù)雜的自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成一個正確建立的物理模型，物理概念、物理規(guī)律和應(yīng)用就會在這基礎(chǔ)上形成發(fā)展和創(chuàng)新。
案例一：物理概念模型。
物理現(xiàn)象中的一些客觀實體，例如點光源、質(zhì)點和微觀粒子結(jié)構(gòu)模型——都是不考慮物體的形狀、大小等性能，突出它主要的特性，用有意義的點來描繪它的位置，對實際物體的簡化。
案例二：物理規(guī)律成立的前提條件理想模型化。
當(dāng)研究運動的物體保持勻速直線運動狀態(tài)時就是把沒有受到外力作用的前提條件理想模型化，使問題得到簡化，然后進一步分析、推理得到規(guī)律。例如聲學(xué)中在探究聲音傳播的條件時就是把真空這個條件理想化了。
案例三：物理現(xiàn)象發(fā)生的過程理想模型化。
例如，光學(xué)中光傳播路徑，描述磁場的磁感線等都是物理過程的理想模型。
案例四：物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型。
自然世界的一切規(guī)律原則上都可以在數(shù)學(xué)中找到解決問題的工具。我們在構(gòu)建應(yīng)用物理模型的同時，事實上是不斷地建造表現(xiàn)物理現(xiàn)象及物理過程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。例如，在研究晶體的熔化圖像、液體的沸騰圖像時，在探究歐姆定律過程中都是轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)圖像定量分析量的關(guān)系的。
三、在中學(xué)物理教學(xué)中正確應(yīng)用物理模型
1.建立物理模型，能直觀理解概念實質(zhì)；概念定義是物理現(xiàn)象的實質(zhì)在人們思維中的反映，物理現(xiàn)象的本質(zhì)是理性的、有些難以理解。這樣建立了物理概念模型，使之形象、具體、生動；但物理模型大都是以理想化為基礎(chǔ)建立起來的，所以模型在一定條件下是適用和成立的。建立物理模型，雖然可使問題的處理大為簡化，可在現(xiàn)實世界中的許多物理現(xiàn)象與這種“理想模型”有偏差，在一定的環(huán)境條件下，可以把實際事物當(dāng)作“理想模型”來認(rèn)識，但也要具體問題具體分析。例如，在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)運動的時候，即地球的形狀、大小可以忽略不計，這樣就可以把地球當(dāng)作一個“質(zhì)點”來處理；但在研究地球自轉(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(dāng)作一個“質(zhì)點”來處理。
2.隨著社會的發(fā)展和不斷進步，人們對物理現(xiàn)象的本質(zhì)認(rèn)識也是不斷深入和發(fā)展的，物理模型也是不斷發(fā)展、不斷完善的。例如，原子核式結(jié)構(gòu)模型的提出就是一個不斷完善的過程。
四、在中學(xué)物理教學(xué)中正確應(yīng)用物理模型時應(yīng)注意的問題
1.注意從學(xué)生已有的認(rèn)知能力開始，循序漸進。
2.注意結(jié)合新課標(biāo)的要求，實施的構(gòu)建物理模型，欲速則不達。
3.注意在利用多媒體展示物理模型時的機械、單一性。
4.注意引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，避免僵化、呆板。
可見，由于物理現(xiàn)象具有多樣性和變化性，它們的運動規(guī)律和表現(xiàn)的現(xiàn)象往往也是復(fù)雜的，我們不可能一下子把它們認(rèn)識清楚、明白。這就需要我們更廣泛地采用科學(xué)物理模型來認(rèn)識，使事物的規(guī)律具體、形象、生動，便于我們?nèi)フJ(rèn)識和掌握它們。建立正確的科學(xué)物理模型能使我們對物理現(xiàn)象和本質(zhì)的理解更加全面深入，對物理規(guī)律的分析理解更加清晰明白。所以，物理模型在教學(xué)中有著重要的意義和價值。
參考文獻：
李化南，張健。物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］。菏澤學(xué)院學(xué)報，2013（05）。
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