浅谈“物理模型”教学

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  物理教学中“模型”教学贯穿整个中学物理教学的始终,在教学中具有实际意义和重要作用。通过物理模型的教学能让学生充分理解物理概念、物理过程、物理条件等,能将理论知识与实际有机结合,有助于消化、掌握、深化理论知识,从而提高学生多方面的能力和综合素质。
  一、物理模型
  物理模型就是采用理想化方法,通过对原型客体在一定条件下,经过“去粗取精,去伪存真、由此及彼、由表及里”,抓住主要矛盾,抽象出同类原形客体的共同特性而建立的一种理想模型,它主要分为以下几种类型。
  一是物理对象模型,就是将研究对象模型化,即忽略对象的次要因素,抓住主要因素,能反映该对象的本质和主流的理想化模型,如质点、点电荷、薄透镜、点光源等。
  二是物理过程模型,就是将物理过程模型化,将复杂的物理过程经过分析、分解、抽象、取舍、保留主要的、简化的、易于理解的物理过程,如简谐运动,匀速直线运动,匀速圆周运动,平抛运动,气体的等压、等容、等温变化等。
  三是物理条件模型,就是物理条件模型化,将条件中的次要因素略去,抓住主要因素。如单摆的运动,忽略单摆摆线的形变,将轨迹以曲代直;研究机械能转化守恒时,忽略阻力作用;研究地球公转时,忽略地球大小和自转等条件理想化处理。
  四是理想实验模型,就是人们在科学实验的基础上,运用逻辑推理方法和发挥想象力,把实验条件和研究对象加以理想化和抽象等想象出来的一种实验。如伽利略在发现惯性定律时所设想的在纯粹理想状态下的斜槽实验。
  五是复合模型,就是在某一复杂物理过程中,发生的物理变化不止一种,或者有多个研究对象,即含有多种模型交织在一起的复杂模型。
  中学常见的物理模型主要有两种:一是研究对象的模型化处理,二是运动变化过程的理想化处理。
  中学课本中的模型种类可分为实物模型、理论模型(亦称过程模型)。凡是以具体事物的造型建立的模型属于实物模型,如质点、轻杆、轻质弹簧、分子、原子、电场线、磁感线等。实物模型的建立,有的是通过对具体事物的科学处理,突出事物的主要方面,而忽略次要方面建立起来的,如质点;有的是对抽象的、无形的、微观的事物的建立而得到的,如分子、原子模型。理论模型是以规律形式建立的,能够反映物理现象的一个过程。如匀速直线运动、简谐运动等等。
  二、“模型”教学的意义和作用
  物理教学中“模型”的运用非常广泛,我们研究的各种复杂问题都是经过简化、分解、抽象为一种易懂的物理模型,因此模型教学具有深远的意义和不可估量的作用。
  第一,应用模型教学可以提高学生理解新知识的能力,夯实基础,消化、掌握各种模型的本质特征,理解各个定律、定理。
  第二,利用模型教学可以培养学生的空间想象力和发散思维能力。通过模型教学,让学生在理解模型、分析事物建立模型的过程中充分发挥空间想象力,由一种模型到另一种模型,由一个具体实例抽象为另一个理想模型,或从理想模型返回到实例的多次变换中,诱发学生的发散思维。
  第三,通过模型教学可培养学生抽象思维的能力,学生在接受、了解模型的过程中,怎样将实物、实例进行抽象、简化、去粗取精得到具有事物共性的模型;在实例建模中,怎样抽象、分解原形客体,都需要活跃的、强烈的抽象思维活动,从而使学生的抽象思维能力得到提高。
  第四,利用模型教学使学生养成理论与实际相结合的习惯,物理学理论来源于客观事物,也融于事物中,同时也反作用于实际,模型是桥梁,所以通过模型的教与学能使学生养成将理论与实际相结合的习惯,能巩固、强化所学知识,提高应用知识、解决问题的能力。
  
  三、模型教学的一般步骤
  教学中教师要注重对学生进行思考方法的指导,帮助学生克服思维简单化的毛病。明确高考意图:高考命题以能力立意,而能力立意又常以问题立意为切入点,千变万化的物理命题都是根据一定的物理模型,结合某些物理关系,给出一定的条件,提出要求的物理量的.而我们解题的过程,就是将题目隐含的物理模型还原,求结果的过程。
  分析物理问题的一般思路应该是:
  1.审题摄取题目信息,排除次要因素。
  2.确立理想化的研究对象和物理情境。
  3.建立物理模型。
  4.应用所学物理知识分析物理状态、过程。
  5.寻找问题所满足的定量或定性规律求解。
  6.检验。
  学生往往忽略了从确定对象到建立模型这一关键的过程,而是直接套用公式造成错误。通过实例,引导学生学会在审题、分析物理对象所处的状态、过程的基础上还原其中的物理模型,使学生养成全面、深入地认识问题的习惯。实际问题常常是错综复杂的,学生若仅是用脑去想象它的物理模型会觉得很抽象、困难,教师可以指导学生学会通过作图,形象地反映出问题中的物理状态、过程以及各种条件,帮助学生清晰地认识物理图景,还原物理模型,降低思维的难度,使学生养成运用模型分析、解决问题的习惯,提高物理教学效果。 
   “物理模型”的教学与应用贯穿整个物理教学的始终,教师在教学中应充分给予重视,通过教学让学生更能理解、消化、掌握新知识;通过题解进一步升华物理知识,提高学生的抽象思维、发散思维等能力;通过实践让学生细细品味知识、品尝自然,在实践中创新,在创新中发展,使学生的创新能力、综合素质发生质的飞跃。以达到“教是为了不教”的目的,培养、提高学生终身学习的综合实践能力,使他们成为二十一世纪所需要的复合型人才。
  (责任编辑 黄春香)
  
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