构建高中物理模型的思想意识

◇　山东　王晨飞



构建高中物理模型的思想意识

◇山东王晨飞

物理的学习目标是掌握物理知识、发展思维、培养综合能力．我们知道,物理中的问题有些是极其复杂的,从复杂的物理现象或过程中抽象简化出物理现象或过程的本质即为物理模型．在学习高中物理时,利用好物理模型所传达的丰富的物理信息、物理意义,结合物理知识分析、判断、解题,这也是近年来高考命题的热点之一．可以说“物理模型”的构建是一个创造性的过程,物理教师在教学过程中潜心培养学生构建物理模型的思想意识,是开发学生创造性思维和创新能力不可多得的途径．

1何谓“物理模型”

“物理模型”有广义、狭义之分．从广义上看,物理学中的各种物理概念、研究对象及其状态、状态的变化过程等都可称为物理模型,例如物质、时间、长度等;从狭义上讲,能反映特定的物理现象以及物理问题的理想化实体、过程、状态、结构等称作物理模型．

从初中到高中,同学们对于物理学已经有了一定的认识．通过高中物理的学习大家对物理认识自然更全面．不过,自然界中事物之间总是有诸多联系的,且不断变化着．面对各类复杂的因素,人们遵循由简到繁、由易到难、循序渐进的原则,试图把复杂的问题简单化进而解决．同学们在学习物理时,也可应用这种常规思维方法,即无论是掌握物理知识，还是解决物理问题,大家常常通过创建“物理模型”来辅助．大家知道,物理学的问题有些还是很复杂的,无论分析起来,还是研究起来,都没那么简单．为了找到解决问题的切入点,需将实际问题进行抽象处理,用一种假想结构或能反映原事物本质特性的替代物去描述．这种假想结构或替代物称之为“物理模型”．学习物理知识或解物理题时养成在大脑中构建“物理模型”或在纸上画“物理模型”的习惯,是学习物理的一条捷径,也可以说是认识自然、把握自然的有效途径．

2物理模型种类

我们在学习物理时,要明确:学习的对象是什么,它所处的状态怎样,其物理过程是如何变化的.与此对应,物理模型可分为实体物理模型、状态物理模型、过程物理模型3种．

2.1实体物理模型

把复杂的物理学习对象通过处理(想象、设计等)得到的理想的学习对象——“物理模型”．例如点光源、点电荷、质点等均属实体物质模型;又如热力学系统、碰撞系统等均属实体系统模型;再如原子结构、分子环流等均属实体结构模型．

2.2状态物理模型

在物理学中,物体的状态用参量描述,比如一定质量的气体的状态用3个状态参量p、V、T来表示,又如某运动系统的运动状态用位置、速度、加速度来表示．上述状态量所表示的即为状态物理模型．

2.3过程物理模型

在实际的物理现象中,其变化过程总是繁杂的,为了便于解决物理问题,就要突出事物变化过程的主要因素,这就需要把物理过程理想化．例如自由落体运动、匀变速直线运动等,就是过程物理模型．

3物理模型特点

物理模型的特点是直观形象、简单明了、过程清晰．

3.1直观形象

物理模型的构建,是化繁为简、舍次取主,形象性表现得较为突出,是形象性与抽象性的统一．这是模型本身所具有的特点．

3.2简单明了

图1

3.3过程清晰

图2　　　　图3

“物理模型”的构建是一个创造的过程,该过程能有效培养学生的认知和理解能力,是学生创造性思维和创新能力形成的重要环节．用构建的物理模型来描述物理中变化的动态特征,能帮助学生形成模型思想意识以及理解物理过程．例如,在分析用挡板挡住光滑的斜面上的小球时,当挡板由水平位置转到竖直位置的过程中,小球对挡板与斜面的作用力将会怎样变化?可画模型图3和图4．据小球受3力作用平衡的条件:3力必定构成一个封闭的矢量三角形．通过动态分析,足见两力的变化:作用在挡板上的力先减小后增大,而作用在斜面上的力一直在增大．

4物理模型功能

由物理模型“直观形象、简单明了、过程清晰”的特点,我们可以进一步认识物理模型的功能,其功能主要有3个方面:1)从直观形象的角度理解物理概念、物理规律的基础;2)简化研究对象及其状态、变化的过程,从简明角度形成解决物理问题的重要手段;3)解决物理问题遵循“先理想后实际”的过程体现．

在解决高中物理问题时,大都是先从物理模型入手,当得出初步结论后,接着就用实验或推理或计算来检验模型所获得的结论,进而加以修正,之后就用修正的结论来应用于实际的物理问题当中．由物理模型的功能,我们可推断出模型具有科学性、创新性、条件性．通过物理模型解决问题可使问题大为简化,可用于实际事物的分析、研究与解决,有助于对物理世界的真实认识,这些都体现了模型的科学性.学生在头脑中构建物理模型意识,有利用培养学生的创新意识及创新能力.意识指导行动,在某种意义上意识比能力更重要,物理模型所具有的创新性,有助于培养学生的创新思维,是培养学生创新能力的主渠道.再就是要明确物理模型的条件性,在“物理模型”的构建及分析的过程中,学生常出现错误的地方,这需要物理老师及时予以纠正,作为物理老师要及时引导,并结合物理模型的特点、功能等应用于学生学习过程之中．

总之,学生的学习要以“学生为主体”,学生需要掌握知识、发展思维、培养能力．在学习物理时构建物理模型的思想意识,是学好物理的有效途径．

(作者单位：山东省莱芜市第一中学)