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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(ài)臣
（山東省濟(jì)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(yùn)動(dòng)和相互作用的一門(mén)科學(xué)，而物理模型是物理學(xué)中一個(gè)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(shí)，整個(gè)物理學(xué)就是由一個(gè)個(gè)物理模型搭建而成的。重點(diǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)，物理事實(shí)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(shí)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律時(shí)，因?qū)τ谏钪械倪\(yùn)動(dòng)，其過(guò)程非常復(fù)雜，不會(huì)有單純的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、勻速運(yùn)動(dòng)。為了使認(rèn)識(shí)成為可能，必須在大量經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)推理抽象概括建立物理模型。因此，建立物理模型，學(xué)會(huì)解題，在一定條件下，既是用于處理某些物理實(shí)際問(wèn)題，也是一個(gè)增長(zhǎng)智慧創(chuàng)新的過(guò)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(dòng)不能單純地依賴(lài)模仿和記憶，動(dòng)手實(shí)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(duì)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(shí)的能力巧妙的思維方式之一。因此，在物理教學(xué)過(guò)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(wèn)題簡(jiǎn)單化、明了化，使抽象的物理問(wèn)題更直觀(guān)、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(duì)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(jìn)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(guān)描述物理現(xiàn)象，把復(fù)雜的自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成一個(gè)正確建立的物理模型，物理概念、物理規(guī)律和應(yīng)用就會(huì)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(guān)實(shí)體，例如點(diǎn)光源、質(zhì)點(diǎn)和微觀(guān)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(diǎn)來(lái)描繪它的位置，對(duì)實(shí)際物體的簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)的物體保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)就是把沒(méi)有受到外力作用的前提條件理想模型化，使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，然后進(jìn)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(shí)就是把真空這個(gè)條件理想化了。
案例三：物理現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程理想模型化。
例如，光學(xué)中光傳播路徑，描述磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)等都是物理過(guò)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(wèn)題的工具。我們?cè)跇?gòu)建應(yīng)用物理模型的同時(shí)，事實(shí)上是不斷地建造表現(xiàn)物理現(xiàn)象及物理過(guò)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(shí)，在探究歐姆定律過(guò)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(guān)理解概念實(shí)質(zhì)；概念定義是物理現(xiàn)象的實(shí)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(dòng)；但物理模型大都是以理想化為基礎(chǔ)建立起來(lái)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(wèn)題的處理大為簡(jiǎn)化，可在現(xiàn)實(shí)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(shí)際事物當(dāng)作“理想模型”來(lái)認(rèn)識(shí)，但也要具體問(wèn)題具體分析。例如，在研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，即地球的形狀、大小可以忽略不計(jì)，這樣就可以把地球當(dāng)作一個(gè)“質(zhì)點(diǎn)”來(lái)處理；但在研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)，地球上各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)“質(zhì)點(diǎn)”來(lái)處理。
2.隨著社會(huì)的發(fā)展和不斷進(jìn)步，人們對(duì)物理現(xiàn)象的本質(zhì)認(rèn)識(shí)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(gè)不斷完善的過(guò)程。
四、在中學(xué)物理教學(xué)中正確應(yīng)用物理模型時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
1.注意從學(xué)生已有的認(rèn)知能力開(kāi)始，循序漸進(jìn)。
2.注意結(jié)合新課標(biāo)的要求，實(shí)施的構(gòu)建物理模型，欲速則不達(dá)。
3.注意在利用多媒體展示物理模型時(shí)的機(jī)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(jiàn)，由于物理現(xiàn)象具有多樣性和變化性，它們的運(yùn)動(dòng)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(shí)清楚、明白。這就需要我們更廣泛地采用科學(xué)物理模型來(lái)認(rèn)識(shí)，使事物的規(guī)律具體、形象、生動(dòng)，便于我們?nèi)フJ(rèn)識(shí)和掌握它們。建立正確的科學(xué)物理模型能使我們對(duì)物理現(xiàn)象和本質(zhì)的理解更加全面深入，對(duì)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(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
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(bào)，2013（05）。
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