高中物理教学中物理模型的构建

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  在高中物理教学中,很多教学内容需要物理模型的构建来展开辅助,这也是深化学生对于教学内容的理解与认知的一种非常有效的模式.物理课程中涉及对于许多过程的模拟,无论是一些特定的运动过程、力之间的相互作用过程,还是一些电磁感应的过程,学生只有对于过程中的每一个环节有良好认知,才能够对这部分知识有更深的体会.物理模型的构建则能够实现这一教学目标,是对于知识教学的有效促进.
  一、运用条件展开模型构建
  构建物理模型的方式有很多.教师可以结合特定的题设条件来构建物理模型,这是常见的一种模型构建方式.对于很多具体问题而言,往往会给出较为明确的题设条件,学生如果只是从字面上来理解这些条件,这些重要的信息并没有得到高效的转化.教师要引导学生进行思维转化,要善于将这些理论条件有效地构建成具体的物理模型.这不仅让条件能够生动地呈现在学生面前,而且能够激发学生的思维.在这样的基础上,学生对于相关的物理学过程形成更加深刻的认知,具体的问题能够迎刃而解.
  例如,在讲“圆周运动”时,探究的就是物体做圆周运动的条件.在教学中,难点主要是对临界状态下的物体进行受力分析.对于这部分知识的教学,教师完全可以就绳球模型来引导学生进行具体的分析,这也是结合具体的条件进行物理模型构建的一种非常直观的方式.该部分内容的教学要求学生对物体做圆心运动的条件进行探究,并通过探究、实践、观察、思考等得出结论.模型的构建,让学生从一个知识的被动接受者转变成了一个知识发现的体验者,提高了学生的学习兴趣,并且让学生对于物体的圆周运动有更清晰的认识.这样的教学过程,不仅深化了学生对于知识的体验,学生对于教学内容的理解也会更加透彻.
  二、数学模型的有效构建
  对于很多包含一些计算与分析的问题,构建相应的数学模型往往能够让问题更加高效地得以解答.很多物理学问题,在分析时都能够用到一些经典的数学思想和数学模型.尤其是对于那些包含的数据非常丰富、给出的条件十分详尽的问题,学生如果仅仅是透过理论分析往往问题解决起来会有很多障碍.对于这类问题,教师要有意识地培养学生构建数学模型的意识与能力,要将这些具体的条件以及给出的数据都充分利用起来,并且借助一些典型的数学思想方法将问题得以解答.这不仅提升了问题解决效率,也能培养学生的思维能力与探究能力.
  例如,倾角θ=30°,宽度L=1m的足够长的U型平行光滑金属导轨,固定在磁感应强度B=1T,范围充分大的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,用平行于导轨,功率恒为6W的牵引力F牵引一根质量m=0.2kg,电阻R=1Ω的金属棒ab,在导轨上由静止开始沿导轨向上移动,当ab棒移动2.8m时达到稳定速度.在此过程中,金属棒产生的热量为5.8J,求ab棒的稳定速度,以及ab棒达到稳定时所需要的时间.这是一个典型的综合型问题,其中不仅涉及力学、电学的知识,还有一些知识间的渗透与交融.这是一个非常典型的可以借助数学模型的构建来得以解答的问题类型.从这道题目中可以看出,物理与数学的联系是相当紧密的,教师在很多具体问题的教学时要深化对于学生数学模型构建能力的培养,这对于学生解题能力的提升将会起到辅助功效.
  三、微元模型的模拟构建
  高中物理课程中涉及对于很多微观问题的研究.这种问题通常较为抽象,解答时对于学生的思维能力有着一定要求.对于这类问题,教师可以引导学生透过微元模型的构建来辅助解答,这将会提升问题解决的效率.微元模型的构建有着很多显著的优越性,尤其是在物理教学实践中,它能够将很多微观的、抽象的运动过程具体化与形象化,能够让那些微观的运动过程以及力的相互作用过程得到重现.这将辅助学生对于问题的有效思考,并且能够促进问题得到解答.
  很多知识点,教师都可以采用微元模型的构建来展开讲授.
  例如,对于速度v定向连续移动的电荷,也可以在v方向选取一横截面积为S的柱体微元,则Δt时间内通过S截面的电量即为以vΔt为高、S为底面积的柱体微元中的电荷的电量.柱体微元电荷表达式为:ΔQ=NeSvΔt.其中N为单位体积中的自由电子数,e为电子电量.有了这个微元模型的构建后,问题研究的思路立刻变得清晰起来,这充分体现了微元模型对于物理教学可以发挥的辅助效用.
  总之,在高中物理教学中,教师要善于引导学生透过物理模型的构建来解决很多实际问题.模型构建的形式有很多.条件模型能够让很多复杂的问题简单化;数学模型能够有效应对那些数据丰富、综合性强的问题;微元模型则能够将很多微观的、抽象的运动过程具体化与形象化,让那些微观的运动过程以及力的相互作用过程得到重现.这些物理模型都将辅助学生对于问题的有效思考,并且能够促进问题得到解答.
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