浅谈建立模型培养学生的能力

摘要：初中物理是一门以观察、实验为基础的学科。通过观察实验现象，分析得出实验结论，这一过程能很好地锻炼学生的能力。

关键词：物理教学；建立模型

中图分类号：G633．7　文献标识码：A　文童编号：1006-3315(2011)12—079—002

自然界中物质的构成是极其复杂的，人们为了能够对其进行研究，需要把复杂的构造简单化，简化后形成相似的模型。下面就针对学生建立模型的例子，谈谈建立模型过程中学生能得到的几点能力的发展。

一、建立模型，培养学生的观察和逻辑思维能力

初中微观粒子的讲解是通过模型法呈现给学生的。物质究竟是由什么组成的呢?要从宏观物质的表现上得出物质是由什么组成的，在科学仪器不发达的时代是很难得出规律的。那么我们究竟能怎样巧妙的得出规律呢?

物质有三种状态，固态、液态、气态，那么我们一一来分析他们的组成。

固态——铅笔芯，用铅笔芯在纸上画一条线，用放大镜去观察(如图1)，会发现它是由一个个固体小颗粒组成的，那么再细微化，得出固体物质是由一个个细小的颗粒组成的，颗粒之间会有一点点空隙，不是连在一起的。

建立模型第一步，固体是由小颗粒组成的，颗粒之间存在空隙。

液态——水，同样用放大镜去观察水面，发现水不是由一个个颗粒组成的，而是连成一片的，而且中间不存在着空隙(如图2)。这结论的得出使得液体也是由颗粒组成的观点有点动摇；于是我们又做了一个实验，由于水具有流动性，于是我们在水中加入了有颜色的高锰酸钾。发现了高锰酸钾能极快地溶解在水中，变成了高锰酸钾溶液，颜色充满了整个瓶子(如图3)。这个现象值得我们思考，为什么固体高锰酸钾颗粒能进入水中，是不是水也是由颗粒组成，而且颗粒之间存在间隙，所以固体高锰酸钾微粒能进人水的空隙间从而和水混合在一起，使得颜色变得均匀。在没有其他更有说服力的结论下，这条结论更具有可能性。

建立模型第二步，液体也是由小颗粒组成的，而且颗粒之间存在空隙。

为了使得第二步结论更有说服力，我们取两种液体混合，酒精和水。把相同体积的水和酒精混合后，搅拌，发现搅拌后的体积比原来的总体积小(如图4)，为什么会有这种现象的?举个生活中的例子，把一袋米和同样的一袋黄豆，混合在一起，搅拌均匀后发现体积比原来的两袋少了，观察后发现米钻到了黄豆的空隙里去了。由此可以想象水和酒精也是由颗粒组成的，而且颗粒之间也存在着空隙，使得总体积变小。由这个实验能充分证明液体也是由小颗粒组成的，而且颗粒之间存在着间隙。

二、建立模型，培养学生空间想象能力

分子之间存在着相互作用的吸引力和排斥力。当学生学到分子之间作用力的时候，学生不易理解，为此我们给学生设立了一个模型。假定分子之间存在着一根弹簧。(如图5)

当分子之间距离减小时，弹簧被压缩，分子力表现为排斥力。

当分子之间距离增大时，弹簧被拉伸，分子力表现为吸引力。

由上面的模型，学生在头脑中能很明显的想象出一个动态分子被压缩或者被拉升的情景，既帮助了学生的知识点的学习，又培养了学生的空间想象能力。

当然模型也有模型的不足地方，上述中弹簧被压缩时只有排斥力存在，而在被拉伸时只有吸引力存在，但是分子之间的作用力是无论分子之间的距离大或者小的时候，排斥力和吸引力都是同时存在的，只不过分子之间距离小的时候排斥力大于吸引力显示出了排斥力；分子之间距离大的时候吸引力大于排斥力显示出了吸引力。所以我们在讲解知识的时候，在借助模型的基础上也要对知识做一个全面化的讲解，使得学生由模型表象人手，从而更深入地全面了解知识。

三、建立模型，培养学生的判断能力

1897年，电子的发现揭示了原子也是可分的。1904年汤姆生提出了“葡萄干+蛋糕”的原子内部模型(如图6)，他设想原子中的带正电部分像“流体”一样均匀分布在整个原子球中，而电子则像“葡萄干”一样镶嵌在球体的某些固定位置，这些位置由电子与电子之间的排斥力以及电子与正电荷之间吸引力的平衡来确定。(这一模型也是我们现在所熟悉的原子西瓜模型)

1911年，著名物理学家卢瑟福用巧妙的实验方法收集到有关原子内部的信息，建立了类似行星绕日的核式结构模型(如图7)。那么这个模型是怎么得出的呢?又是怎么得到证实的?

在讲解原子模型的知识时，为了让学生能更深刻地掌握这一知识，我觉得最好让学生对比上述的两种原子结构学说。

人们为揭示原子结构的奥秘，经历了漫长的探究过程，1911年著名物理学家卢瑟福等人为探索原子的内部结构，在用一束带正电的、质量比电子大很多的高速运动的d粒子轰击金箔时发现(如图8)：

①大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向；

②一小部分α粒子改变了原来的运动方向；

③有极少数α粒子被弹了回来。

通过现象①说明原子内部比较空旷，大部分“粒子没有遇到大质量的带电的粒子从而改变原来的运动轨迹，同时说明原子的正电荷和质量大部分集中在原子内部很小的一个点上。

通过现象②中α粒子方向改变，说明α粒子经过大质量的带正电的粒子附近时，受到较强的电荷的作用力(同种电荷相互排斥，如果粒子带负电，α粒子将出现减速和吸附现象)，改变了其运动轨迹。

通过现象③极少数α粒子与大质量带正电的粒子正碰时反弹回来。说明大质量的带正电的粒子极少，而且比较集中。

由3个现象总结，学生很容易得出原子内部正确的结构模型——行星绕日的核式结构，在使得学生掌握原子内部结构的同时，也培养了学生透过现象认识本质的判断能力。