建構(gòu)模型 培養(yǎng)物理思維能力

鄭利芹

(江蘇省徐州市鄭集高級(jí)中學(xué) 221100)

物理學(xué)科的邏輯性非常強(qiáng).但是高中階段所研究的情況大多都是在理想條件下的.顯然，這與學(xué)生的日常生活不相符.那么，為了讓學(xué)生深刻理解、接受及應(yīng)用物理知識(shí)，模型的建構(gòu)就是必不可少的了.接下來，我將根據(jù)日常教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)研究，由淺入深，分析培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型的能力的方法.

一、分析原型特征，做出抽象

分析不同的問題，研究的主體必然不一樣.因此，教師應(yīng)該教會(huì)學(xué)生根據(jù)問題，分析原型的特征，抓住主體，進(jìn)而做出抽象.只有掌握了研究對(duì)象及方向，分析問題時(shí)，才會(huì)事半功倍.

在教學(xué)“運(yùn)動(dòng)的描述”這一內(nèi)容時(shí)，其中第一節(jié)就將質(zhì)點(diǎn)的概念了解清楚了，即有質(zhì)量但不存在體積或形狀的點(diǎn).這就是學(xué)生接觸的第一個(gè)抽象概念.因此，我在這一節(jié)尤其注意，因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)非常好用，但不是萬能的.首先，我將質(zhì)點(diǎn)的適用情況進(jìn)行了詳細(xì)說明：質(zhì)點(diǎn)只有質(zhì)量，不存在體積或形狀，因此只適用于不需要考慮體積及形狀因素的情況.接下來，我舉了正反兩個(gè)例子，供學(xué)生深入理解：一個(gè)小球從山上滾下來，求它的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，可以將其簡化為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；但同樣是球，如果要研究乒乓球在行進(jìn)過程當(dāng)中的旋轉(zhuǎn)方向及情況的話，顯然就不能把乒乓球看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)只有質(zhì)量，不存在體積或形狀.最后，我又設(shè)想了幾種情況，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問，以此來檢驗(yàn)他們的學(xué)習(xí)成果：①一根桿子平放在地面上，分析地面對(duì)桿子作用力的大小及方向時(shí)，是否能將其看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；②分析蹺蹺板兩邊重力對(duì)其平衡的影響情況時(shí)，是否能將蹺蹺板看作質(zhì)點(diǎn).學(xué)生們也都給了我準(zhǔn)確的答案：在第一種情況下，由于桿子只受自身重力及地面支撐力，與質(zhì)量有關(guān)，與體積和形狀無關(guān)，因此可以看作質(zhì)點(diǎn)；但是在第二種情況下，研究蹺蹺板兩邊的受力，明顯與形狀有關(guān)，因此不能看作質(zhì)點(diǎn).

經(jīng)過我比較清晰合理的講解，同學(xué)們對(duì)質(zhì)點(diǎn)也有了一定的掌握，基本可以根據(jù)研究問題對(duì)原型進(jìn)行歸納和概括，進(jìn)而分析問題.由于認(rèn)知順序的問題，我在課堂上的講述一定是有限的，但其實(shí)涉及到后面與電相關(guān)的知識(shí)時(shí)，也有質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)用，教師一定要適時(shí)提醒.

二、抓住主次因素，解決問題

前面提到，高中物理的研究情況一般是在理想條件下,但在實(shí)際解決問題的過程中，并不會(huì)有人告訴學(xué)生哪些條件是應(yīng)該考慮的，哪些條件是應(yīng)該忽略的，這就需要我們教會(huì)學(xué)生自行歸納，抓住主要因素，從而解決問題.

“電磁感應(yīng)”這一內(nèi)容是一個(gè)難點(diǎn)，在教學(xué)中，我將其中很復(fù)雜的一些問題概括成了幾個(gè)模型，如“帶電粒子在帶等量異號(hào)電荷的平行板間的運(yùn)動(dòng)”.正式研究之前，我需要讓學(xué)生理解主次因素的判斷及選取.首先，從粒子的運(yùn)動(dòng)出發(fā).在電場中，帶電粒子不僅有位置的移動(dòng)，同時(shí)還有自身的旋轉(zhuǎn)，這樣算下來的話，運(yùn)算量和研究難度都會(huì)增大很多.但是，在這個(gè)研究中，明顯帶電粒子自身的旋轉(zhuǎn)是不需要考慮的，那么就只需要考慮帶電粒子的位置變化，即可以將帶電粒子抽象為一個(gè)質(zhì)點(diǎn).接下來，考慮到平行板的邊沿效應(yīng)，又該如何解決呢？其實(shí)，帶等量異號(hào)電荷的平行板一般距離較近，板間電場可認(rèn)為是勻強(qiáng)電場，就研究帶電粒子在板間的運(yùn)動(dòng)而言，邊沿效應(yīng)可忽略不計(jì)，板間電場是主要因素.最后一個(gè)問題，我讓學(xué)生自己思索，帶電粒子是否還有別的受力.有了之前的例子，大家也都很清楚，雖然帶電粒子還有自身重力影響，但重力非常小，所以只需要考慮電場力.

實(shí)際研究過程中，對(duì)象的影響條件是非常多的.因此，要想建構(gòu)物理模型，就一定要學(xué)會(huì)對(duì)影響條件進(jìn)行判斷，找出主次因素，才會(huì)找出正確的方向，減少時(shí)間浪費(fèi)，進(jìn)而解決問題.

三、對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

物理模型是根據(jù)工作需要建立起來的，它的存在是為了更好的解決問題.因此，建立模型后還需要通過具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)比實(shí)際與理論的情況后對(duì)模型進(jìn)行修正，才能真正應(yīng)用.

在教學(xué)“平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”的內(nèi)容時(shí).在課本上，大家已經(jīng)了解到：平拋運(yùn)動(dòng)可看作水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)以及豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).那么我們現(xiàn)在需要做的就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)，判斷平拋運(yùn)動(dòng)結(jié)論的合理性.在實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生們也碰到了一些問題，但根據(jù)之前建構(gòu)模型的理論和經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容，也都順利解決了.第一個(gè)問題是如何確定研究對(duì)象：用一個(gè)體積比較小的鐵球來研究，判斷其運(yùn)動(dòng)軌跡，可抽象為一個(gè)質(zhì)點(diǎn).第二個(gè)問題是如何保證“平拋”：在桌面上放置一個(gè)帶有擋板的斜坡，讓小球從斜坡上滾下，然后從桌邊飛出，從離開桌面到落地的過程即為平拋運(yùn)動(dòng).第三個(gè)問題是如何對(duì)影響因素進(jìn)行取舍：小球在離開桌面到落地的過程中即為平拋運(yùn)動(dòng)，但除重力外，小球還受空氣阻力；考慮到小球體積小，密度大，空氣阻力可以忽略不計(jì).實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，大家將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與公式

x=v0t、y=gt2/2進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了平拋運(yùn)動(dòng)的合理性.

物理模型的建構(gòu)并不是一蹴而就的，它需要我們?cè)谄綍r(shí)的教學(xué)中進(jìn)行點(diǎn)滴滲透，借助物理問題不斷培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)，提升學(xué)生的建模能力.當(dāng)然，考慮到實(shí)際操作中的很多問題，在實(shí)際建模訓(xùn)練的過程中，還需要不斷進(jìn)行修正.因此，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)也是極為重要的.教師需要給學(xué)生提供足夠的平臺(tái)，讓他們能夠動(dòng)手操作，發(fā)現(xiàn)并解決問題.

綜上所述，建構(gòu)模型是物理學(xué)科中很重要的思想，更是優(yōu)化學(xué)生思維，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要途徑.教師一定要注重對(duì)學(xué)生思維的培養(yǎng)，讓他們從原型抽象、分析主次及實(shí)驗(yàn)對(duì)比等方面進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用.經(jīng)過系統(tǒng)科學(xué)的訓(xùn)練，大家一定能夠熟練掌握.