建立物理模型，簡(jiǎn)化認(rèn)知過(guò)程

曹劍征

中學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)物理過(guò)程理解不清甚至分析起物理過(guò)程總是一團(tuán)糟,不能抓住物理變化中的本質(zhì)問(wèn)題。所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的。這種事物之間復(fù)雜的相互聯(lián)系,一方面反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性,同時(shí)又存在著許多偶然性,這使學(xué)生的分析問(wèn)題時(shí)發(fā)生了紊亂。為了使研究變?yōu)榭赡芎秃?jiǎn)化,我們常采取先忽略某些次要因素,把問(wèn)題理想化的方法。這就是先建立物理模型,然后在一定條件下,用于處理某些實(shí)際問(wèn)題。物理模型能簡(jiǎn)化了學(xué)生對(duì)物理過(guò)程的認(rèn)知,便于他們理解物理過(guò)程。

一、物理模型在教學(xué)中的作用

建立和正確使用物理模型可以提高學(xué)生理解和接受新知識(shí)的能力。例如,我們?cè)谶\(yùn)動(dòng)學(xué)中建立了“質(zhì)點(diǎn)”模型,學(xué)生對(duì)這一模型有了充分的認(rèn)識(shí)和足夠的理解,為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律、物體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),以及電學(xué)中的“點(diǎn)電荷”模型、光學(xué)中的“點(diǎn)光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)。使學(xué)生學(xué)習(xí)這些新知識(shí)時(shí)容易理解和接受。

建立和正確使用物理模型有利于學(xué)生將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、明了化,使抽象的物理問(wèn)題更直觀、具體、形象、鮮明,突出了事物間的主要矛盾,對(duì)學(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用?？梢园央[含的復(fù)雜問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)、化難為易,起到事半功倍的效果。

二、物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用

1.建立模型概念,理解概念實(shí)質(zhì)。物理模型大都是以理想化模型為對(duì)象建立起來(lái)的。建立概念模型實(shí)際上是撇開(kāi)與當(dāng)前考察無(wú)關(guān)的因素以及對(duì)當(dāng)前考察影響很小的次要因素,抓住主要因素,認(rèn)清事物的本質(zhì),利用理想化的概念模型解決實(shí)際問(wèn)題。如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、點(diǎn)電荷等等。學(xué)生在理解這些概念時(shí),很難把握其實(shí)質(zhì),而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

2.認(rèn)清條件模型,突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理?xiàng)l件模型化,舍去條件中的次要因素,抓住條件中的主要因素,為問(wèn)題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如,我們?cè)谘芯績(jī)蓚€(gè)物體碰撞時(shí),因作用時(shí)間很短,忽略了摩擦等阻力,認(rèn)為系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。條件模型的建立,能使我們研究的問(wèn)題得到很大的簡(jiǎn)化。

3.構(gòu)造過(guò)程模型,建立物理圖景。過(guò)程模型就是將物理過(guò)程模型化,將一些復(fù)雜的物理過(guò)程經(jīng)過(guò)分解、簡(jiǎn)化、抽象為簡(jiǎn)單的、易于理解的物理過(guò)程。例如,為了研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,我們先將問(wèn)題簡(jiǎn)化為下列兩個(gè)過(guò)程:第一,質(zhì)點(diǎn)在水平方向不受外力,做勻速直線運(yùn)動(dòng);第二,質(zhì)點(diǎn)在豎直方向僅受重力作用,做自由落體運(yùn)動(dòng)。可見(jiàn),過(guò)程模型的建立,不但可以使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化,還可以加深學(xué)生對(duì)有關(guān)概念、規(guī)律的理解,有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

4.轉(zhuǎn)換物理模型,深入理解模型。通過(guò)對(duì)理想化模型的研究,可以完全避開(kāi)各種因素的干擾,在思維中直接與研究對(duì)象的本質(zhì)接觸,能既快又準(zhǔn)確地了解事物的性質(zhì)和規(guī)律。例如,建立起“單擺”這一理想化模型后,理解了單擺的周期公式,可以解決類似于單擺的一系列問(wèn)題:在豎直的光滑圓弧軌道內(nèi)作小幅度滾動(dòng)的小球的周期問(wèn)題;在豎直的加速系統(tǒng)內(nèi)擺動(dòng)的小球的周期問(wèn)題;在光滑斜面上擺動(dòng)的小球的周期問(wèn)題。

三、使用模型應(yīng)注意的問(wèn)題

1.模型是在一定條件下適用的。建立物理模型,可使問(wèn)題的處理大為簡(jiǎn)化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差。現(xiàn)實(shí)世界中,有許多事物與這種“理想模型”十分接近,在一定場(chǎng)合、一定條件下,作為一種近似,可以把實(shí)際事物當(dāng)作“理想模型”來(lái)處理,但也要具體問(wèn)題具體分析。

2.物理模型是在不斷完善發(fā)展的。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步,人類對(duì)事物的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)也是不斷深入和提高的,物理模型也相應(yīng)地由初級(jí)向高級(jí)發(fā)展并不斷完善。

總之,由于客觀事物具有多樣性,它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律往往是非常復(fù)雜的,不可能一下子把它們認(rèn)識(shí)清楚。而采用理想化的物理模型來(lái)代替實(shí)在的客體,就可以使事物的規(guī)律具有比較簡(jiǎn)單的形式,從而便于學(xué)生去認(rèn)識(shí)和掌握它們。從而提高教學(xué)質(zhì)量。

作者單位:河北正定縣第三中學(xué)