摘要：物理模型構(gòu)建是物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 高中物理模型雖然與科學(xué)研究中的物理模型不同，但思維過(guò)程的本質(zhì)是一樣的。 本文主要介紹高中物理模型的構(gòu)建、構(gòu)建模型的教學(xué)策略以及使用模型時(shí)應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞：物理模型； 模型構(gòu)建； 教學(xué)策略
物理學(xué)是研究自然現(xiàn)象和事物的科學(xué)，事物之間存在著復(fù)雜的聯(lián)系初中物理理想化模型，這就使得研究變得復(fù)雜。 這就需要我們對(duì)其進(jìn)行科學(xué)抽象，建立能夠反映物理對(duì)象本質(zhì)的體系。 理想的屬性模型。 任何物理模型都代表了對(duì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)描述，它不僅標(biāo)志著對(duì)運(yùn)動(dòng)理解的深度，也標(biāo)志著對(duì)運(yùn)動(dòng)的概括能力。 從這個(gè)意義上說(shuō)，物理模型代表了一種物理思維。
1.高中物理模型的構(gòu)建
物理模型的構(gòu)建與科學(xué)研究中的物理模型的構(gòu)建既相關(guān)又不同。 首先，兩個(gè)建設(shè)主體的知識(shí)背景不同。 前者是只有中學(xué)知識(shí)的學(xué)生，后者是擁有豐富的物理、天文、數(shù)學(xué)等知識(shí)的物理學(xué)家； 其次，兩者的建設(shè)要求不同。 前者是根據(jù)高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計(jì)的，后者是根據(jù)科學(xué)研究的要求設(shè)計(jì)的； 再次，兩者建設(shè)目標(biāo)不同，前者是為了讓學(xué)生更好地理解物理基礎(chǔ)知識(shí)和基本定律，后者是為了更好地理解物理基礎(chǔ)知識(shí)和物理定律。 深刻理解物理事件的本質(zhì)。 但從根本上來(lái)說(shuō)，兩者的思維過(guò)程是相同的。 他們通過(guò)探索初中物理理想化模型，運(yùn)用歸納、演繹、類比等思維方法，對(duì)現(xiàn)有的物理知識(shí)進(jìn)行假設(shè)和模擬，對(duì)復(fù)雜的事物進(jìn)行簡(jiǎn)化和抽象，構(gòu)造出能夠反映系統(tǒng)原型物理性質(zhì)的模型，進(jìn)而獲得信息。通過(guò)對(duì)模型的研究來(lái)建立原型，為理論的形成奠定基礎(chǔ)。 1.物理概念模型的構(gòu)建。 物理概念不僅是基礎(chǔ)物理知識(shí)的重要組成部分，也是制定物理定律、建立物理公式、完善物理理論的基礎(chǔ)和前提。 物理概念是人類智慧的結(jié)晶，體現(xiàn)了很高的智力價(jià)值。 它們是培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)、提高能力的好材料。 對(duì)抽象或復(fù)雜的物理概念建立模型，可以幫助學(xué)生理解物理事物的本質(zhì)，如“電場(chǎng)強(qiáng)度”概念模型的構(gòu)建：通過(guò)觀察和分析，可以看出，相同的測(cè)試電荷在不同的介質(zhì)中存在不同的性質(zhì)。場(chǎng)源電荷形成的電場(chǎng) 0 位置所受電場(chǎng)力的大小和方向不同。
該電場(chǎng)力是作用在相同測(cè)試電荷上的相同電場(chǎng)。 因此，場(chǎng)源電荷周圍不同位置的電場(chǎng)具有不同的強(qiáng)度和方向。 因此，有必要引入物理量來(lái)描述這個(gè)性質(zhì)——電場(chǎng)強(qiáng)度。 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同。 檢查電場(chǎng)中不同點(diǎn)的電荷所施加的電場(chǎng)力的方向不同。 因此，場(chǎng)強(qiáng)不僅有大小，而且有方向，是一個(gè)矢量。 用試驗(yàn)電荷上電場(chǎng)力的方向來(lái)表征場(chǎng)強(qiáng)的方向更為合適。 但電場(chǎng)中同一點(diǎn)的正、負(fù)測(cè)試電荷所受的電場(chǎng)力方向相反。 如何定義場(chǎng)強(qiáng)的方向？ 回顧初中時(shí)對(duì)磁場(chǎng)方向的定義，小磁針AT和S極的受力方向也是相反的，所以人為規(guī)定小磁針#極的受力方向是磁場(chǎng)的方向。 這是人們的習(xí)慣。 對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度方向的定義也是如此，規(guī)定對(duì)帶正電的試驗(yàn)電荷施加的電場(chǎng)力的方向就是場(chǎng)強(qiáng)的方向。 (2)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。 根據(jù)庫(kù)侖定律，場(chǎng)源電荷0形成的電場(chǎng)中某一點(diǎn)所受到的電場(chǎng)力是恒定的。 不同位置所受到的電場(chǎng)力大小不同，但都與點(diǎn)電荷9的電荷量成正比（分析數(shù)據(jù)表略）。 從數(shù)據(jù)分析中不難得出結(jié)論：放置在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的測(cè)試電荷所受到的電場(chǎng)力與測(cè)試電荷所攜帶的電荷量之比是一定的。 該比率在電場(chǎng)的不同點(diǎn)處是不同的。 該比值僅與場(chǎng)源電荷0和電場(chǎng)有關(guān)。 與職位有關(guān)，但與審判費(fèi)用有關(guān)？ 無(wú)論如何，該比率是該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。 2.物理原理和定律模型的構(gòu)建。 物理原理和規(guī)律主要包括物理事物的特征、成因、發(fā)展變化及其相互聯(lián)系等。 該模型可以讓學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)和規(guī)律有更深入的理解，例如構(gòu)建力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的模型。
實(shí)驗(yàn)一：取三個(gè)相同的鋼球，分別用錫箔紙和棉膠帶包裹其中兩個(gè)，在斜坡左側(cè)相同高度處?kù)o態(tài)釋放，觀察三個(gè)小球到達(dá)斜坡上的最高點(diǎn)右邊。 現(xiàn)象： ⑴三個(gè)小球到達(dá)右側(cè)最高點(diǎn)時(shí)，高度低于釋放時(shí)的高度； ⑵ 普通鋼球接近釋放時(shí)的高度，醫(yī)用棉膠帶包裹的鋼球最低。 學(xué)生猜測(cè)：球與軌道之間存在摩擦力，且大小不同。 學(xué)生體驗(yàn)：感受三個(gè)鋼球表面的粗糙度。 普通鋼球最光滑，用棉膠帶包裹的鋼球最粗糙。 探索結(jié)果：三個(gè)鋼球被釋放后，總是試圖達(dá)到最初釋放時(shí)的高度，但由于摩擦阻力的存在，它們始終沒有達(dá)到釋放時(shí)的高度。 摩擦阻力越小，鋼球越接近釋放時(shí)的高度。 探索實(shí)驗(yàn)2：將普通鋼球從左側(cè)相同高度靜態(tài)釋放，減小右側(cè)斜面與水平面的夾角。 現(xiàn)象：鋼球接近釋放時(shí)的高度，移動(dòng)的時(shí)間和距離會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)。 推論：繼續(xù)減小右斜面與水平面的夾角，直至右斜面水平，然后松開鋼球。 鋼球?qū)⒗^續(xù)運(yùn)動(dòng)，永不停止。 學(xué)生認(rèn)識(shí)到，在沒有力的作用下，物體將保持其原始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 在這樣的探究過(guò)程中，提出問題、猜想與假設(shè)、分析與論證等要素非常突出，實(shí)驗(yàn)的作用也非常明顯。 3.物理知識(shí)系統(tǒng)模型的構(gòu)建。 物理事物的各個(gè)要素是相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的，特別是復(fù)雜的物理事物。 影響因素有很多。 知識(shí)系統(tǒng)模型就是對(duì)這些影響因素進(jìn)行分類總結(jié)，找到它們之間的相互聯(lián)系，從而快速有效地組織和分析，形成綜合的物理知識(shí)體系。
如靜電場(chǎng)屬性模型的構(gòu)建（如圖1所示）。 實(shí)驗(yàn)電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)力與電荷 a 的比率。 圖1 靜電場(chǎng)屬性模型的構(gòu)建形成了牢固的“知識(shí)鏈”，有利于凸顯知識(shí)的遞進(jìn)關(guān)系。 知識(shí)之間的聯(lián)系越緊密，就越容易為教學(xué)提供更清晰的知識(shí)線索，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)。 高中物理的理想模型能夠?qū)⒁恍?fù)雜的物理過(guò)程分解、簡(jiǎn)化、抽象為簡(jiǎn)單、易于理解的物理過(guò)程。 構(gòu)建物理模型時(shí)必須遵循以下原則： （1）相似性：在允許的近似范圍內(nèi)準(zhǔn)確地反映物理的客觀性質(zhì)； （2）抽象：在充分認(rèn)識(shí)對(duì)象的前提下，能夠概括出更深層次的理性表達(dá)； ⑶可控性：物理模型所代表的物理場(chǎng)景必須能夠在受控下運(yùn)行和模擬。 讓學(xué)生對(duì)物理知識(shí)有更透徹的理解，有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，使學(xué)生受益于前人的科學(xué)思維，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，提高物理教學(xué)的有效性。 。
2.高中物理模型構(gòu)建的教學(xué)策略
在高中物理模型構(gòu)建教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生條件和教學(xué)資源合理分配。 1、樹立正確的觀念，掌握基本物理和定律。 概念、原理和定律是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是構(gòu)建物理模型的基礎(chǔ)。 2、熟練的思維方法。 在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到歸納、演繹、類比等思維方法。 如果學(xué)生不熟練這些思維方法，就會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)、理解和應(yīng)用，從而影響物理模型的構(gòu)建。 因此，對(duì)這些思維方法的訓(xùn)練和指導(dǎo)是必要的。 3、實(shí)施一定數(shù)量的物理模型搭建活動(dòng)。 模式的教育意義需要通過(guò)“建構(gòu)”來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在模型構(gòu)建活動(dòng)中，常常需要進(jìn)行觀察或?qū)嶒?yàn)，進(jìn)行歸納和演繹，利用已有的知識(shí)進(jìn)行假設(shè)、模擬，將復(fù)雜的事物簡(jiǎn)單化，抽象出其本質(zhì)屬性，將頭腦中的抽象概念具體化。 。 體現(xiàn)、想象和實(shí)踐。 通過(guò)親身參與這樣的活動(dòng)，學(xué)生可以在探索和思考中體驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建的方法，并獲得成功的喜悅。 只有這樣，他們才能將模型方法內(nèi)化為認(rèn)知圖式，提高認(rèn)知水平。 可以說(shuō)，模型方法的本質(zhì)體現(xiàn)在構(gòu)建模型的探索和發(fā)現(xiàn)。 如果沒有親身經(jīng)歷這種困惑和發(fā)現(xiàn)，很難理解模型方法的精髓和關(guān)鍵。
3、使用模型時(shí)應(yīng)注意的問題
高中物理模型教學(xué)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： 1、物理模型有一定的適用條件。 在現(xiàn)實(shí)世界中，有很多東西非常接近這個(gè)“理想模型”。 在某些場(chǎng)合、某些條件下，作為一種近似，可以將實(shí)際事物視為“理想模型”，但也必須具體問題具體分析。 。 例如，在研究地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以將地球上所有點(diǎn)相對(duì)于太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)視為相同，即可以忽略地球的形狀和大小，從而得到地球可以看作是一個(gè)“粒子”，但是在研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)，地球上每個(gè)點(diǎn)的自轉(zhuǎn)半徑是不同的。 地球的形狀和大小不容忽視，不能將地球視為一個(gè)“粒子”。 2、物理模型不斷完善和發(fā)展。 同一事物在不同階段可以用不同的模型來(lái)描述，但其模型總是從初級(jí)到高級(jí)不斷發(fā)展和完善。 例如，代表性的原子模型有湯姆森的“棗子蛋糕”原子模型、盧瑟福的“核結(jié)構(gòu)”模型、玻爾的“軌道量子化”原子模型等。 另一個(gè)例子是研究固體比熱時(shí)的三維諧振器。 在中學(xué)物理教學(xué)中，由于學(xué)生知識(shí)和能力的限制，對(duì)于某些物理圖片僅使用比較低級(jí)的模型。 例如，在研究氣體的性質(zhì)時(shí)，使用理想氣體模型，而在一般物理學(xué)中，使用范氏氣體模型。 3、理論聯(lián)系實(shí)際。 建立物理模型的目的是為了更好地理解物理事物，所以物理模型必須應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中。 例如，建立了擺的理想化模型并理解了擺的周期公式后，我們就可以解決一系列與擺類似的問題：小球在垂直光滑圓弧軌道上以小幅度滾動(dòng)的周期問題。 ; 垂直加速系統(tǒng)中小球擺動(dòng)的周期性問題； 小球在光滑斜坡上擺動(dòng)的周期性問題； 木塊漂浮在水面上、上下移動(dòng)的周期性問題等。
