中学物理模型教学研究初探

摘 要:物理学所分析和研究的问题总是很复杂的,与众多因素有着千丝万缕的联系。在中学物理教学中,为了简化物理问题,常用到物理模型,物理模型在教学中起着重要的作用。

关键词:中学物理; 模型教学

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2010)4-050-001

一、物理模型的概念和功能

物理模型就是对所研究的对象和过程进行科学的抽象化处理,保留主要因素,略去次要因素,得出能反映原物本质特性的理想过程或假想结构,它是事物本质特征的简化而理想化的描述,是按照物理科学研究的特定目的,用物质形式或思维形式对原型客体本质关系的再现,人们通过物理模型的认识与研究去获得关于原型客体的知识及其运动变化规律。物理模型它有三种功能:(1)物理模型使物理问题简化,较为方便地得出物体运动规律;(2)可用于对类似实际物理现象进行分析和研究;(3)物理模型有助于对客观物理世界的认识,达到认识世界、改造世界的目的。因此物理模型对学生加深物理知识的理解是大有裨益的。

二、物理模型教学的重大意义

1.物理模型是教师教学和学生学习的重要环节

物理模型是物理知识的载体,是学生获得物理知识的重要途径,因此物理模型是教师传授知识和学生获得知识的关键点。在中学物理中,不论是概念,还是规律都要通过物理模型向学生展示并传达知识。纵观物理教材,从初中到高中,物理模型无处不在。例如质点、弹簧振子、点电荷、理想变压器等,这些都是研究对象的物理模型;自由落体、镜面反射、平抛等都是研究过程的物理模型;导体、绝缘体、小球、轻杆、轻绳、平行光等,它们虽然是没有冠以模型,实质上也是模型范畴。这些模型构建成学生的物理观念,是物理知识网络中的节点,是物理教学中不可缺少的环节,离开了这些模型,教学就无法入手,因此物理模型是教与学双方达到各自目标的重要途径。

2.物理模型实现教学过程的软着陆

中学物理难学,物理概念抽象难以理解。但通过物理模型可以使物理知识由难化易,由抽象难懂变为易接受,使教学过程实现软着陆。物理模型突出了重点知识的主干,忽略了影响较小的因素,帮助学生建立了清晰的知识网络,使学生的思路得到了拓宽。例如学习带电粒子在电场中的偏转规律时,在已建立的匀速直线模型和自由落体运动模型,对带电粒子在电场中的偏转过程进行模型分解处理,使它由初速度方向的匀速直线运动模型和垂直初速度方向的自由落体模型来组成,或者归结到“类平抛模型”上去,从而使学生易于理解和掌握规律,降低了教学难度,使教学过程实现软着陆。

3.物理模型能对物理知识起到概括和总结的作用,开阔学生思路,促进学生能力提高

物理模型对同类相似的问题进行比较、概括、总结,使学生触类旁通、举一反三。在教学中,通过对物理模型的设计及分析研究,学生就会学会对物理过程忽略枝叶,看到问题主干,也就是把物理问题的模型化。例如单摆这一概念,学生在分析单摆的运动过程中忽略空气阻力、绳的收缩等次要因素,突出主要因素,用不可伸长细绳悬挂一个可看成质点的摆球,摆球只在它的重力和摆线拉力作用下而在最低点附近振动,它就是单摆,进一步抽象出类单摆模型。在教学中充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性质或特点的现象,相似运动的形态的物质的运动。例如原子结构可形象地喻想成为太阳系、核如太阳,电子犹如围绕太阳运转的行星;分子间的引力和斥力与中间连着弹簧的小球,当弹簧伸长时表现为引力,当弹簧缩短时,表现为斥力。这样使无形的模型变为有形的模型,使学生对微观世界的认识模型化,使学生初步掌握物理概念和物理规律,从而使学生的思维得到升华和启迪。

4.物理模型使问题化繁为简、融会贯通、知识系统化

在解决物理问题时,可以通过对物理过程的分析,并从物理规律出发,将待求问题转化为熟悉的物理模型,从而化繁为简,达到异中求同的效果,在实际中的很多问题是千变万化的,但它们却是某些模型的具体化。例如将一石块水平抛出,我们首先要考虑地球的吸引力,根据公式F=GMm/r2“可知石块越接近地面,F就越大,其次还要考虑空气阻力、风速、地球自转的影响,这样石块的运动十分复杂,研究起来十分不便。为此,我们突出重力作用,并认为重力是恒定的,归结到平抛模型上来,这样问题就便于研究了。由此可见,我们平时可将某些问题模型化,就可使问题变通,首先要将基本题型,找出其结构实质和实际的物理意义,然后用物理知识把题型模型化。例如,匀速直线运动问题,它的基本题型是:动点过静线问题,即一个运动的质点沿着一条静止的直线运动,S=vt这一公式就能反映在此运动中S,v,t三者关系。但实际所能解决的问题是很多的,我们可以把它变通为基本模型来解决,将它们抽象出“动点过静线”、“动线过静点”、“动线过静线”等模型。它的基本思想是“变动为静”和“变线为点”。

综合上述,在中学物理模型教学中,要引导学生建立和应用物理模型来解决复杂的物理问题,注意循序渐进地熟悉并掌握这一科学研究思维方法,不但使学生加深对概念和规律的理解,而且对提高学生解题技巧,开发学生智力起着积极作用。