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浅谈高中物理教学中如何有效建立物理模型作者：黎春花 来源：原创 日期：2014/4/10 10:00:47 人气：373标签：内容摘要：本文深入地阐述了高中物理教学中物理模型建立的重要性和必要性，并总结了本人在近十年的物理教学过程中常用的建模方法和所构建的物理模型的一般分类，以方便大家在教学过程中参考。关键词：物理过程物理模型条件模型过程模型建模方法多媒体辅助教学一、引言建立物理模型的重要性和必要性物理现象或物理过程一般都十分复杂,涉及因素众多.对实际问题进行科学抽象化处理,抓住其主要因素,忽略其次要因素,得出一种能反映原物体本质特征的理想物质、过程或假设结构,此种理想物质、过程或假设结构就称之为物理模型.模型作为物理学的研究对象,它不仅具有高度的抽象性,还具有广泛的代表性.在高中阶段,学生所学的每一个物理原理、定理、定律都与一定的物理模型相联系.解决每一个物理问题的过程都是选用物理模型、使用模型方法的过程,特别是在研究实际问题时,学生不仅要透过物理现象、排除次要因素的干扰、抽出反映事物本质的特征、建立合理的物理模型,对问题进行简化和理想化处理,而且要对物理问题进行模型的识别和再现.可见能建立正确合理的模型,能透过现象识别、发现模型是解决物理问题的关键所在.而学生的物理建模能力的高低在很大程度上也就决定着学生物理学习成绩的好坏.所以建模教学是高中教学中不容忽视的一个环节.利用物理模型教学培养学生的创新意识创新意识和创新能力是两个不同的概念,有时意识比能力更重要.以上谈到,物理模型的建立很具创新性,教师应该把建立物理模型的这种创新的思路启发地诉之于学生,这样对学生创新意识的培养才是有益的.利用物理模型培养正确的思维方法,从而培养创新能力正确的思维方法是提高思维能力的基础,良好的思维能力是创新能力的保证,只有正确的思维才谈得上有良好的创新.但是由于年龄的关系,中学生一般只注意知识的学习,并不关心自己的思维方法是否正确,更不能自觉地纠正一些不正确的思维方法,这就影响了思维发展.因此,指导学生运用正确的思维方法是培养学生创新能力首要任务.物理模型的建立,也是一种严密的正确的思维方法,其思维过程非常明显,分析好每一个物理模型的建立思维很重要.二、物理模型的分类细致分析过程，准确归好类型物理模型的要点是近似处理,并通过事实检验或实验验证,使模型与事实基本吻合.如物理学中的质点、点电荷、点光源等理想模型,其要点是对象的形状与体积对研究问题没有影响或影响不大.自由落体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动等过程模型,其要点是忽略物体在实际运动过程中的次要因素.接触面光滑、绝热等条件模型,其要点是排除物体所处外部条件的次要影响.1.对象模型即用来代替对象实体的理想化模型,例如,质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点光源、薄透镜、点电荷、理想变压器等.2.条件模型即把研究对象所处的外部条件理想化建立的模型,如光滑表面、轻杆、轻绳、均匀介质、匀强电场、匀强磁场等.3.过程模型如自由落体运动、简谐振动、弹性碰撞、绝热过程、稳恒电流等等,这些都是将物理过程理想化了的物理模型.4.理想实验模型如伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽,后者坡度越小,小球滚得越远的实验基础上,提出了他的理想实验.5.问题模型以问题为核心,形成一种解决问题的一般方法,使处理问题的思路清楚,可化繁为简,化难为易.如子弹打木块、弹性小球相碰等.三、建立物理模型的方法精心选择方法，合理构建模型对应高中物理模型实际的建模方法多种多样.模型的构建,需采用对应的方法;甚至一个模型的构建,需要采用多种方法,方法选择正确,将收到事半功倍的效果.实际物理建模时,使用什么样的建模方法,应根据物理原型本身的性质和建模的具体需要来决定物理模型的构建,常用方法如下.量纲分析法：在物理模型构建时,可以利用量纲分析法来找到相关物理量间的相互关系,从而构建出相应的物理模型,如单摆周期模型.科学抽象法：抽象是指从具体事物中提炼出某个或某些方面、某些属性等.如隔离法确定研究对象、天体做匀速圆周运动、理想弹簧模型.理想化法：是对研究对象或物理过程加以简化,抓住主要因素,忽略次要因素,找出它们在理想状况下所遵循的基本规律,并构建出相应的物理模型.如刚体、轻杆、平动运动、理想气体模型、伽利略斜面实验等.类比法：许多物理现象彼此之间存在着许多相同或相似的物理属性,人们由此推测它们之间也存在着一些另外的共性.如光与声具有反射、折射等属性,惠更斯据此提出了光的波动模型;微观粒子与光一样具有粒子性,德布罗意建立了物质波模型;卢瑟福根据原子结构与太阳系类似,建立起了原子的行星结构模型.等效替代法：当所研究的物理问题比较隐蔽、复杂、难于直接研究时,可以用等效替代法建立起相应的比较简单、易于研究的等效物理模型,可分为过程等效替换(带电粒子在匀强电场中的类平抛运动)、作用等效替换(运动的合成与分解)、等效结构(弹簧振子和LC振荡电路)等等.微元法：在构建物理模型时,将研究对象或物理过程视作由许多微小体或元过程组成,而所研究的对象或物理过程整体所遵循的物理规律,可通过积分来得到,如匀变速运动的位移公式.假想法：当所研究的物理现象不能直接观察,或现有的物质、实验条件还不能进行真实模拟时,人们可根据已知的物理原理、物理规律对所研究的物理现象提出一种假定性的推测和说明,从而建立起相应的物理模型,如牛顿第一定律、机械能守恒定律等.四、教学过程中如何培养学生的建模能力善于总结归纳，增强建模能力（一）、培养学生的建立物理模型的意识在教学过程中，教师要引导学生树立物理模型的意识，让学生逐步认识到华丽包装的题目后就是赤裸裸的常见的物理模型，做题时要剥离出题目本质，联系旧有知识，促进知识迁移。也就是说，要有把问题转化成为物理模型来研究的意识和习惯。例如关于摩擦力有这样几个常见判断题：滑动摩擦力（静摩擦力）的方向可以与物体的实际运动方向相同吗？相反吗？能成任意角度吗？运动（静止）的物体可以受静（滑动）摩擦力吗？很多学生迷惑在这些概念题中不能自拔。但当学生心中有了擦黑板、走路、传送带、手握瓶子任意方向运动等情境时，这些问题便极易解决了。打个不是很恰当的比喻，高中物理学什么？无非是弹簧弹来弹去，滑块在斜面上滑来滑去，子弹与木块碰来碰去，带电粒子在电磁场中飞来飞去。（二）、及时对已学过的物理模型归纳与总结教师要善于为学生对已学物理模型进行归纳与总结，更要善于引导学生自己进行这项工作。例如我们在讲功这一节，必然要讲到摩擦力做功的问题：滑动摩擦力能做正功吗？负功呢？能不做功吗？静摩擦力呢？虽说这是功的内容，实际上如果学生对关于摩擦力的相应物理模型很熟悉的话（擦黑板、走路、传送带、手握瓶子任意方向运动等），这个问题会很容易被解决，而我们很自然地就把重难点转移到一对滑动摩擦力或静摩擦力做功代数和为何值这个问题上。总结知识，积累经验是必要且重要的！（三）、合理利用好外界的有利因素，提高学生的建模能力其一，随着信息技术与多媒体技术的飞速发展，教师利用多媒体课件上课已经成为一种常规的教学方式。事实说明，多媒体技术的应用在激发学生学习兴趣、增强教学的直观生动性、方便知识复习、习题练习等很多方面都发挥着巨大的作用，也给我们的物理学科教学带来了极大的方便。我们用多媒体辅助教学可以更加直观生动地展现那些抽象的无法用手工教具展现的物理模型，从而加深学生的印象与理解。其二，了解物理学史是学习物理课程的一项重要内容。它不仅能提高学生对物理的学习热情，更是培养学生物理建模能力的一种有效手段。例如在万有引力的学习中，从古埃及的托勒密，到意大利的伽利略，到第谷开普勒，波兰人哥白尼，再到牛顿，科学家们在对宇宙的研究过程中都是提出各自的物理模型来比对现实中的现象，从而确立距离实际最接近的理论。其三，物理是以实验为基础的学科。做实验是检查学生是否真正掌握某一物理模型规律的重要手段，是培养物理建模能力的有效途径。没有清晰的物理模型概念学生就不会开展实验过程；没有习惯性的建模意识和正确进行实验的科学指导思想，学生就不能通过实验来培养自己的思维能力、动手能力、创新能力。让学生带着物理建模的意识走进实验室，多进实验室，才能让学生真正走进物理学的精妙之门！其四，新课标中，情感态度与价值观的培养是一项很重要的内容。教师要善于利用机会引导学生热爱生活，热爱观察。知识来源于生活，观察取决于兴趣。一个热爱生活与观察的人必然精力充沛，富有生机与创造力。伽利略看见吊灯的晃动而发现单摆的等时性、阿基米德因洗澡时水的溢出而发现浮力定律、奥斯特因小磁针的偏转而发现电流的磁效应物理模型正是来自于生活！其五，物理教师要不断提升自己，社会在进步，科技在发展。从光电管到磁流体发电机，从宇宙飞船到粒子物理现在每年高考题几乎都会有关于新技术应用方面的题目出现。这就要求教师也要不断进行学习。三尺讲台是教师展示魅力的地方，优秀的教师能够用自己的人格魅力、文化魅力、道德魅力征服学生，抓住学生的眼球与思维，从而润物无声、水到渠成。正所谓“亲其师，信其道”，只有“征服”学生才能有效地在工作中贯彻落实我们的想法。从伽利略开创近代物理先河开始，实验观察加科学推理的研究方法一直是物理学发展中的指导思想。而理想化模型即物理建模正是为适应这样的研究方法而提出