在物理教学中建构物理模型

类别：教学设计题目：在物理教学中建构物理模型在物理教学中建构物理模型摘要： 中学物理教材中有许多物理知识比较抽象， 学生往往不易理解和接受， 并会因此而失去 学习的信心。但如果借助“物理建模思想构建”教学，采用模型构建思想的方法，突出物理情 景问题的主要部分，疏通思路，帮助学生建立起清晰的物理情景，使物理问题简单化，这样不 仅起到增强学生学习的自信心的作用， 同时还潜意识地培养了学生的创造性的能力， 提高教学 质量。关键词： 建构 物理模型 理想化根据新课程标准要求， 中学物理要体现 “从生活走进物理， 从物理走向生活” 的新理念。所以在教学中能否将实际问题与头脑中已有物理模型建立联系，将实 际问题转换为物理问题是关键。 物理模型在实际问题与物理问题间起到了桥梁的 作用，本文将从物理模型的概念、重要作用，以及教学中如何指导学生建构物理 模型等方面谈下自己的看法。一、认识物理教学中的物理模型法 物理学是一门研究物质最普遍、最基本的运动形式的自然科学。而所有的自 然现象都不是孤立的。这种事物之间复杂的相互联系，一方面反映了必然联系的 规律性，同时又存在着许多偶然性，使我们的研究产生了复杂性。因此，许多比 较复杂的问题需要我们引入能够描述其要点的辅助量或建立理想化模型， 帮助研 究与解决问题，这就是模型法。建构理想化模型是物理学研究中常用的方法。物理模型是理论知识的一种初级形式， 就是将我们研究的物理对象或物理过 程、情境通过抽象、理想化、简化、和类比等方法，进行“去次取主”、“化繁 为简”的处理，把反应研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体 系，就形成物理模型。物理模型既源于实践 , 而又高于实践，在我们的生活、生 产、科技领域中带有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。物理模型的构建 是一种重要的科学思维方法，通过对物理现象或过程，从而寻找出反映物理现象 或物理过程的内在本质及内在规律达到认识问题的目的。二、物理模型在初中物理教学中的作用 在物理学习中，有的学生经常拿到物理题目无从下手，造成这种情况的原因 是多方面的，但其中一个重要原因，就是这部分学生基础不牢，没有掌握好一些 基本的物理模型。物理是一门培养思维的学科，它特别强调一个“悟”字，思考的越多，感悟的越多，属于自己的东西也就越多。因此，我们在平时解题中千万 不能贪多求快，要能概括出题目所属的物理模型，这样做不仅能达到举一反三的 目的，久而久之，物理建摸的本领也会得到很大的提升。而一旦具有了自主建模 的本领很多看似复杂的题目就会迎刃而解。因此，在物理学习中建立合理的模型 会给我们的学习带来事半功倍的效果。例如：有些物理问题、现象或过程非常抽象，难以理解，运用模型思维建立 起模型，将使问题变得直观形象。如在研究光现象时，用光线形象表示光的传播 路径：即沿光的传播路线画一条直线，并在直线上画上箭头表示光的传播方向。 而实际上我们在观察太阳、电灯光源所发出的光时，是看不见带箭头的直线 的。引入“光线”这一模型，只是为了研究光现象方便，如果不用光路图就很难 学习光现象的知识。同样，用力的示意图表示力的三要素。物体间力的作用是看 不见，摸不着的，为了更好地研究物体受力，并发现其中的规律，我们用一根带 箭头的线段来表示力。 研究肉眼观察不到的原子结构时， 建立原子核式结构模型。 在研究磁场时用磁感线描述磁场等等。这些模型的建立，使很多物理现象变得很 直观，更易于我们接受。同样，在物理教学中，很多问题也是很复杂的，很难研究的。如能将其转化 成物理模型将使问题变得简单化。如：对物体进行受力分析时，可以不考虑物体 的形状和大小， 可以把物体看成一个质点， 物体受到的力都作用在一点上。 同样， 生活中很少有一个物体真正的做匀速直线运动，在我们研究运动问题的时候，在 某种条件下，我们就可以认为物体做的是匀速直线运动。三、如何在中学物理教学中构建及应用物理模型 纵观物理学发展史，许多重大的发现与结论，都是由于科学家们经过大胆的 猜想构思，创建出科学的理想化的物理模型，并通过实验检验或实践验证，模型 与事实基础很好吻合前提下获得的。如： 伽里略让小球从弯曲的斜槽上自由下 落，当斜槽充分光滑时，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端 越接近水平，小球为达到初始高度 , 将运动很远。如果末端完全水平，小球将一 直运动下去，永不停止。正因为伽里略构建了光滑这一理想化的模型，才有惯性 定律的重大发现。同样，在我们日常的教学过程中发现， 有心的同学熟练掌握了这些物理模型， 就可将一些看似复杂的物理情景化解为简单模型的组合，灵活简便地解出难题， 可谓熟能生巧。而没留心的同学只会根据最基本的概念规律去推证，结果费时费力，即使得出了结果，心中对那些物理情景仍不是很清楚，不能留下深刻的印象, 更谈不上触类旁通，温故知新。所以在日常教学中，要指导学生会运用物理模型 分析和解答实际的物理问题，在解决问题中培养与训练学生的物理模型，其基本 步骤为：（1）通过审题，摄取题目有效信息.如：物理现象、物理事实、物理情景、 物理状态、物理过程等.（2）在寻找与已有信息（某种知识、方法、模型）的相似、相近或联系， 通过类比联想或抽象概括，或逻辑推理等，建立起新的物理模型，将新情景问题“难题”转化为常规命题.（3）选择相关的物理规律求解.我们平常碰到的一些物理习题，就是依据一定的物理规律、物理模型精心构思设计而成的。只要找到事物间的联系，就可迅速找到解决问题的途径例题：（2009年荆州市中考试题）电路中有一个滑动变阻器，现测得其两端6V,如果通过滑动变阻器的电4Q电压为9V,移动滑片后，测得其两端电压变化了流变化了 1.5A，则（）A. 移动滑片前滑动变阻器接人电路的阻值是B. 移动滑片后滑动变阻器接人电路的阻值是 4QC. 移动滑片后滑动变阻器两端的电压一定为3VD. 移动滑片后滑动变阻器两端的电压可能为15V分析：本题没有给出电路图，电路中的元件和连接方式都不清楚，不知从何 下手，下面我们就从模型建构的角度入手：建构模型的指导思想一一为了解释一些物理现象，我们需要提出种种假说或假设。我们在解释本题电压电流变化时，不妨也提出一些假设，通过分析、推理 去判断假设是否正确，这也是我们通常所讲的假设法|-1_1IP11图1电路中一 还有一个 端电压发（假设是本题模型建构的详细过程：1定性。即确定电路各元件及其连接关系。 般有电源，导线和开关，由题目知道该电路中 滑动变阻器；移动滑片后，测得滑动变阻器两 生变化，说明该电路中还有一个电阻与其串联并联，则滑动变阻器两端电压将保持不变）。此时形成电路初步模型如右图1,这个电路的原型是用变阻器控制灯泡亮度的电路图。由此可见，学生分析解答的 过程，就是识别和还原，开发和利用原有物理模型的过程。在分析物理问题时， 需要有根据的抽象，剔粗取精、去伪存真。2 定量。即运用电路公式和规律确定各物理量的大小。这里有两种移动滑片 的情况：一是向左移动滑片，电阻变小，滑动变阻器两端的电压将减小6V,为3V。通过滑动变阻器的电流增大了 1.5A，所以此时电流应大于1.5A，由欧姆定律， 移动滑片后滑动变阻器接人电路的阻值 R应小于2Q。可以假设R= 1Q,由欧姆 定律求出1= 3A,进一步可知移动滑片前的电流为1.5A，再结合串联电路中各部 分电压之和等于总电压，可以得到下列两个式子，由上两式可以求出F0= 4Q, U （电源）=15V。移动滑片前后滑动变阻器两端电 压、电阻以及通过的电流大小如图 2所示。二是向右移动滑片，电阻变大，滑动变阻器两端的电压将增大6V,为15V。通过滑动变阻器的电流减小了 1.5A，所以此前电流应大于1.5A，由欧姆定律， 移动滑片前滑动变阻器接人电路的阻值 R应小于6Q。可以假设R= 3Q,由欧姆 定律求出1= 3A,进一步可知移动滑片后的电流为1.5A，再结合串联电路中各部 分电压之和等于总电压，可以得到下列两个式子，由上两式可以求出F0= 4Q, U （电源）=21V。移动滑片前后滑动变阻器两端电 压、电阻以及通过的电流大小如图 3所示。由上可知，移动滑片前后滑动变阻器接人电路的阻值都不是4Q,故A、B错；移动滑片后滑动变阻器两端的电压可能为 15V,也可能为3V,故选Db总之，由于客观事物具有多样性，人们不可能一下把它们认识清楚，而采用 理想化的客体，即建立正确的物理模型来代替实在的客体，就可以使事物的规律 具有比较简单的形式，便于教师引导学生去认识和掌握它们，使学生对物理本质 的理解更加细致深入，对解决物理问题的分析更加清晰明了，所以，物理模型在 中学物理教学中有其不可替代的作用和重要的价值。参考文献：1、禹双青，物理模型方法学习策略探讨，湖南师范大学：教育， 2005 年2、乔际平等着 . 物理学科教育学 . 北京：首都师范大学出版社， 2000.13、吕明德：学习建构主义理论 培养学生创新能力 中学物理教学探讨 2001/54、史献计，物理模型建构的心理过程分析，物理教师， 2005年第 4期