模型構(gòu)建在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

汪 冰

(安徽省銅陵市第一中學(xué) 244000)

高中物理知識(shí)點(diǎn)繁雜，學(xué)習(xí)難度大，對(duì)學(xué)生的抽象思維要求比較高.傳統(tǒng)的教學(xué)方法一味地要求學(xué)生記憶概念，掌握定律，而不要求學(xué)生真正去理解知識(shí)內(nèi)容，使得學(xué)生缺乏深刻的認(rèn)知，做不到靈活運(yùn)用.筆者認(rèn)為，在高中物理的教學(xué)過(guò)程中，教師要運(yùn)用好模型方法，提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力.

一、概念界定

1.物理抽象

在特定的場(chǎng)合以及已知條件下，考慮物理問題時(shí)選取最為主要的、最為本質(zhì)的要素，略去次要的、表面的因素，這樣的思維方式就是物理抽象.

2.物理模型

經(jīng)過(guò)物理抽象，物理現(xiàn)象已經(jīng)不再是原先的實(shí)際現(xiàn)象，但是仍然能反映出其中的基本物理規(guī)律.經(jīng)過(guò)這樣的處理方式得出的規(guī)律就是原本物理現(xiàn)象的物理模型.例如，在講授物體的平面運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，一開始可以忽略物體與平面之間的摩擦，得到物體在光滑平面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在這之后再考慮存在摩擦阻力情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使得研究過(guò)程更加順利，易于學(xué)生接受.對(duì)于教學(xué)過(guò)程來(lái)說(shuō)，合理的抽象處理能簡(jiǎn)化研究過(guò)程，更直觀地反映出物理規(guī)律.

二、物理模型構(gòu)建方法

1.觀察實(shí)驗(yàn)法

認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象的重要方法就是觀察與實(shí)驗(yàn)，對(duì)各種現(xiàn)象進(jìn)行定性分析與定量分析，明確研究對(duì)象，認(rèn)識(shí)變化過(guò)程，注意到研究對(duì)象與其他物體間的聯(lián)系與區(qū)別，抽象出其中的主體，構(gòu)建出清晰的時(shí)空情境，進(jìn)而建立相應(yīng)的物理模型.

例如，在教授圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，教師可以讓學(xué)生觀察公路轉(zhuǎn)彎處的鋪設(shè)情況，體會(huì)日常交通中勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生形成明確的認(rèn)知.在此基礎(chǔ)上可以拓展到火車鐵軌的鋪設(shè)，將火車抽象成質(zhì)點(diǎn)模型，火車的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，明確運(yùn)動(dòng)的本源，即物體的受力情況.在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力以及問題解決能力.

2.分析、綜合抽象法

這里所說(shuō)的分析就是由面及點(diǎn)、從整體到局部的思維方式，在考慮問題時(shí)將對(duì)象整體分解為各個(gè)部分；而綜合與此相反，是一種從局部到整體的思維方式，重點(diǎn)就是把對(duì)象個(gè)體整合成一個(gè)整體.抽象指的是對(duì)同類事物本質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié)，其核心就是抓住問題的本質(zhì).在處理物理問題時(shí)，教師就要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析與綜合，由表及里，由易到難，建立相應(yīng)的物理模型.

3.類比聯(lián)想法

類比指的就是物理問題的對(duì)象或者其物理過(guò)程相似時(shí)，假設(shè)其規(guī)律或結(jié)論也存在相似性的一種思維方式.在利用類比法解決問題時(shí)，可以利用較熟悉的物理對(duì)象或物理過(guò)程來(lái)代替陌生的對(duì)象或過(guò)程.

比如，在講授電勢(shì)能相關(guān)內(nèi)容時(shí)，電場(chǎng)、電勢(shì)能概念對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較陌生.在這樣的學(xué)情基礎(chǔ)上，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比聯(lián)想，將電場(chǎng)看成重力場(chǎng)，將電勢(shì)能的變化看成重力勢(shì)能的變化.通過(guò)這樣的思考方法，使得問題解決的方向更為明確，建立起相應(yīng)的物理模型.

三、模型教學(xué)案例實(shí)錄

1.目標(biāo)分析

“人船模型”在解決動(dòng)量守恒問題中比較常用，也是一個(gè)經(jīng)典的物理模型.具體來(lái)說(shuō)，這個(gè)模型就是人與船為一個(gè)受力整體，在作用力與反作用力的沖量作用下，系統(tǒng)內(nèi)各物體的動(dòng)量發(fā)生相應(yīng)的變化.需要注意的是，在水平方向上，因?yàn)橄到y(tǒng)不受其他外力作用，因此總動(dòng)量保持不變.

與常規(guī)的解題方法相比，利用“人船模型”解決動(dòng)量守恒問題，只需要考慮相互作用物體在作用前后的動(dòng)量變化，不需要討論具體的作用環(huán)節(jié)，這是對(duì)力學(xué)問題解決手段的一種擴(kuò)充.

2.情境創(chuàng)設(shè)

假設(shè)有一條質(zhì)量為M、長(zhǎng)為L(zhǎng)的船，初始狀態(tài)為靜止于水面.若有一個(gè)質(zhì)量為m的人，從船頭走向船尾，試求這個(gè)過(guò)程中人行走的位移以及船發(fā)生的位移.(不考慮水的粘滯阻力)

3.模型構(gòu)建

在人與船組成的系統(tǒng)中，若人從船頭走向船尾，人的腳與船發(fā)生了相互作用，人和船在相互作用下發(fā)生了運(yùn)動(dòng).以人和船為系統(tǒng)，不考慮水的阻力，這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程在水平方向上受到的合外力為0，滿足水平方向上的動(dòng)量守恒.

4.案例解析

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，以水面為參考系，人的速度為v人，船的速度為v船，由上述分析可知，人船系統(tǒng)滿足水平方向上的動(dòng)量守恒，即Mv船=mv人

可以知道，在人行走的任一時(shí)刻，人和船的速度均滿足上述關(guān)系式，那么可以認(rèn)為人和船的平均速度滿足上述關(guān)系，即

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