龔紅梅

（鄭州幼兒師范高等?？茖W(xué)校，河南 鄭州450000）

物理是一門相對(duì)來說比較難的基礎(chǔ)學(xué)科，但是高中物理教育不僅開發(fā)學(xué)生思維還提高了學(xué)生學(xué)習(xí)能力，在高中教育階段有著舉足輕重的作用。 為了提高物理教學(xué)水平，構(gòu)件物理模型進(jìn)行物理教學(xué)得到了普遍關(guān)注。物理教學(xué)模型構(gòu)建和運(yùn)用對(duì)提高物理量教學(xué)水平具有重大意義，一方面它使物理教學(xué)克服以往純語言的教育，更加容易理解，另一方面物理模型的構(gòu)建更加容易為物理學(xué)研究培養(yǎng)有實(shí)力的人才。

1 物理模型的構(gòu)建過程

物理模型的構(gòu)建是在物理理論的指導(dǎo)下，以客體的外在現(xiàn)象為前提，對(duì)客體外在現(xiàn)象與內(nèi)在本質(zhì)進(jìn)行逐層剖析研究，然后經(jīng)過抽象以及推理對(duì)研究客體和客體的內(nèi)在本質(zhì)做一定的描述。物理模型的構(gòu)建的過程比較復(fù)雜，可以簡單概況為：抽象、類比、假說、形象思維四個(gè)過程。

1.1 抽象思維

大腦首先對(duì)所研究的客體外在現(xiàn)象進(jìn)行加工處理，根據(jù)大腦分析結(jié)果選擇忽略次要因素，重點(diǎn)突出客體的主要因素及主要矛盾，建立能夠科學(xué)反映客體的主要矛盾的抽象思維。抽象思維是客體經(jīng)大腦處理后對(duì)客體的本質(zhì)做出的理性描述， 是感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的升華。例如質(zhì)點(diǎn)，眾所周知任何一個(gè)物體都有自己的形狀和大小，但是對(duì)于有些研究物體的形狀大小對(duì)研究的結(jié)果影響不大， 甚至可以忽略不計(jì)，這是不論物體的大小有多大，我們都將物體看做一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)。

1.2 類比思維

自然界的萬事萬物之間皆有聯(lián)系，因此在物理模型時(shí)可以采用類比思維依據(jù)以往的類似模型的思維建立新的物理模型。但是物理模型建立必須經(jīng)過嚴(yán)格的論證，保證模型的科學(xué)合理性，不得違背基本理論。 例如，惠更斯根據(jù)聲波傳播過程中的衍射現(xiàn)象采用類比思維建立了光在介質(zhì)中傳播的物理模型， 從而發(fā)現(xiàn)了光傳播過程中的衍射現(xiàn)象，更加完善了波在介質(zhì)中傳播的模型，翻開了光學(xué)研究的新篇章。

1.3 假說思維

物理模型的建立過程中需要以在客體外在現(xiàn)象為前提，逐一排除非決定性的因素，建立由決定因素控制的科學(xué)模型。 但是非決定因素的劃分沒有統(tǒng)一固定的理論可以依據(jù)，劃非決定分時(shí)具體問題具體分析，有些因素對(duì)研究客體的影響并不確定，無法將其進(jìn)行科學(xué)劃分。為了方便構(gòu)建物理模型，常常先將其假定為非決定因素，然后對(duì)模型進(jìn)行論證。 利用假說思維建立的物理模型需要進(jìn)行更加嚴(yán)格的論證，保證模型能夠科學(xué)合理地反映研究客體，有時(shí)為了保證模型的科學(xué)性對(duì)研究客體的進(jìn)行多種假設(shè)，建立多種假說模型進(jìn)行比較。 其中典型的假說的代表如波爾的原子結(jié)構(gòu)模型。

1.4 形象思維

物理模型的建立以研究客體外在現(xiàn)象為前提基礎(chǔ)，經(jīng)過大腦加工將對(duì)客體的感性認(rèn)識(shí)升華為理性認(rèn)識(shí)。物理模型建立的過程首先是大腦通過客體感性認(rèn)識(shí)形成直覺思維產(chǎn)物， 并在此基礎(chǔ)上形成形象思維。 可以說物理模型的建立過程是直接思維向形象思維的轉(zhuǎn)化過程。

2 構(gòu)建物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用

物理模型教學(xué)作為一種重要形象的教學(xué)手段，能夠很好的應(yīng)用于中學(xué)物理教學(xué)當(dāng)中，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，起到啟迪學(xué)生運(yùn)用更加形象的手段來解決問題，在此結(jié)合新課改中物理模型教學(xué)的要求，構(gòu)建單擺模型和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型來闡述模型構(gòu)建的具體方法和步驟。

2.1 單擺模型的構(gòu)建

2.1.1 教學(xué)目標(biāo)

單擺能夠模仿生活中常見類似的機(jī)械振動(dòng)，通過單擺簡單重復(fù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來模仿復(fù)雜的機(jī)械擺動(dòng)能夠有效的簡化計(jì)算。單擺是一種理想化的模型，構(gòu)建模型較為簡單，通過單擺模型的構(gòu)建能夠清晰的說明物理模型構(gòu)建的基本思維方法。

2.1.2 情景創(chuàng)設(shè)

注明物理學(xué)家伽利略曾經(jīng)在大學(xué)期間數(shù)著自己的脈搏數(shù)進(jìn)行祈禱，無意間觀察到天花板上的吊燈擺動(dòng)規(guī)律和脈搏跳動(dòng)具有一定的相似性，即擺動(dòng)和跳動(dòng)周期是一個(gè)相同的時(shí)間，在此基礎(chǔ)上他努力研究創(chuàng)造了自己的單擺模型。

演示實(shí)驗(yàn)為將金屬小球用細(xì)線懸掛于鐵架臺(tái)上，在小球上作用力使其偏離一個(gè)較大的角度，然后撤去力后，小球會(huì)在一個(gè)位置兩側(cè)來回?cái)[動(dòng)。

2.1.3 構(gòu)建單擺的理想化模型

在應(yīng)用于教學(xué)當(dāng)中時(shí)要充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，在對(duì)相關(guān)知識(shí)講解完成后，要讓學(xué)生明白模型的形成條件，例如要簡化為單擺需要滿足的要求有以下幾項(xiàng)：

細(xì)線可以認(rèn)為是剛性線段， 即在擺動(dòng)中不會(huì)發(fā)生拉伸或收縮；細(xì)線的質(zhì)量較輕，能夠忽略不計(jì)；和小球直徑相比，細(xì)線程度要大于一定比值，即可將小球看做是一個(gè)點(diǎn)；小球的質(zhì)量要均勻，密度合理，可以將其看做質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。

所以根據(jù)單擺運(yùn)動(dòng)和建立的單擺模型可以知道，模型的建立要先觀察其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象分析抽象得到運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，進(jìn)行簡化建立抽象模型。

2.2 物理運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型的構(gòu)建

2.2.1 教學(xué)目標(biāo)分析

在自然狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)的物體也會(huì)隨著外界條件的變化，不斷改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在解決實(shí)際問題時(shí)，如果不進(jìn)行基本假設(shè)并建立物理模型是不可能得到可靠結(jié)果的。舉例如汽車在圓形彎道上行駛時(shí)屬于圓周運(yùn)動(dòng)， 運(yùn)動(dòng)過程中汽車在彎道上行駛所需的向心力是由靜摩擦力提供的，但靜摩擦力是存在最大值的，當(dāng)向心力超過最大靜摩擦力時(shí)，汽車就會(huì)偏離運(yùn)行軌道，在分析這個(gè)問題時(shí)就要建立圓周運(yùn)動(dòng)模型，通過對(duì)比力的大小來處理實(shí)際相關(guān)問題。

2.2.2 情景創(chuàng)設(shè)

汽車在道路上行駛時(shí)遇到緊急情況，采用何種方式能夠更好的避免和降低車禍，例如假設(shè)汽車的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，當(dāng)汽車執(zhí)行遇到突然狀況是急轉(zhuǎn)彎好還是急剎車好？

2.2.3 構(gòu)建理想化模型動(dòng)

上述情景中，汽車遇到緊急狀況時(shí)不論采用哪種處理方式都是要盡可能的避免事故的發(fā)生，或減小事故造成的危害，但建立物理模型時(shí)需要采用不同的理論分析，這就要求學(xué)生分析兩種措施分別的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿足了什么條件。 急轉(zhuǎn)彎汽車做圓周運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力提供向心力，當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)半徑小于舉例前方障礙物時(shí)，不會(huì)發(fā)生交通事故，負(fù)責(zé)會(huì)發(fā)生碰撞。 急剎車則是在滑動(dòng)摩擦力下做減速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)前方障礙物時(shí)速度為零時(shí)，不會(huì)發(fā)生交通事故，這時(shí)可以通過假設(shè)建立勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行分析。

2.2.4 解答

急轉(zhuǎn)彎時(shí)勻速院中運(yùn)動(dòng)向心力由靜摩擦力提供，

μmg=mv2/r

r=v2/μg

式中：m 為汽車質(zhì)量；μ 為汽車與地面的動(dòng)摩擦因素；r 為勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最小半徑。

急剎車時(shí)假設(shè)汽車做勻減速運(yùn)動(dòng)，受到的阻力為一定值，則：

F=ma=μmg

a=μg

汽車行駛距離為：s=v2/2μg

式中：F 為汽車受到阻力；a 為汽車加速度。

2.2.5 點(diǎn)評(píng)

上述算例的關(guān)鍵是建立合適的物理運(yùn)動(dòng)模型，只有通過物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特點(diǎn)，合理推斷出其更加趨近于哪種物理運(yùn)動(dòng)，才能在假設(shè)的基礎(chǔ)上更好的分析問題。

通過物理模型解決實(shí)際問題能夠使學(xué)生更加靈活的運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，建立起良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生對(duì)物理綜合知識(shí)有一個(gè)更好的認(rèn)識(shí)，增加學(xué)習(xí)興趣。但目前的教學(xué)當(dāng)中，對(duì)物理模型的教學(xué)研究還存在很大的不足，學(xué)生和老師在這方面還缺少一定的認(rèn)識(shí)，在未來一段時(shí)間還需要物理教學(xué)進(jìn)一步的改革和研究，將物理模型教學(xué)真正的普及各個(gè)教學(xué)班級(jí)，強(qiáng)化學(xué)生的素質(zhì)教育。

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