建构高中物理模型初探
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高中物理教学之物理模型建构实践探究作者:黄克镇来源:《理科考试研究·高中》2014年第01期新课程目标对教学有了新的要求,在摒弃原有学习死知识的基础上更强调培养学生的素质.高中物理是一门基础性学科,由于课程本身的复杂性,构建物理模型成为促进课程学习的必要途径,因此对该教学方法要给与高度的重视.物理模型教学可把物理模型作为教学内容的基点,让学生在构建物理知识结构的基础上发展思维、锻炼能力,通过其特设的途径,学生不仅可获得物理知识,也可使自身的思维得以训练.一、高中物理教学及物理模型构建简析(一)高中物理教学及物理模型构建的必要性高中物理教学反映的是现实生活中最本质、最一般的规律,也是学习其他课程的基础性学科,课程本身与现实现象有直接的联系,因此具有一定的复杂性,不利于学生的学习.在教学方法中,构建物理模型可以有效的连接理论与实践,进而促进学生对课程的理解.而在研究与解决物理问题的过程中掌握物理方法和思想是解决问题的关键,利用物理建模可以将抽象的问题具体化、将抽象思维转化为形象思维;或者是将具体问题进行理想化,这样可以把复杂的问题简单化更利于学生的理解.运用这样的教学方法可以培养学生的解决物理问题的思维,进而提高学生对物理问题的解决能力.因此构建物理模型在高中物理教学中是必须的,也是有价值的.(二)物理模型构建的过程和方法构建物理模型的教学方法指以构建物理模型为教学的主要内容,进而使得学生更容易的构建知识框架、发展思维.其中这一教学方法的目标是促进学生对相关知识、技能的掌握,使学生掌握一定的物理研究方法,提升其思维能力.这一教学方法的原则:以学生为学习的主体、教学方法多元、重视理论与实际之间的联系.构建物理模型要经历三个阶段,即模型的构建、模型的识别和模型的应用.在构建的过程中使用的方法较多,主要有理想化法、等效代替法、类比联想法、抽象总结法等.二、物理模型构建在高中物理教学中的应用物理模型构建过程中应用的方法是多样的,在教学实践中要根据课程教学内容的要求运用适当的方法进行建模.例如在高中物理教材必修1第六章曲线运动中,涉及到圆周运动、曲线运动、平抛运动的学习,在这一章节的学习中可以利用类比联想的方法进行学习.其中在曲线运动的教学实践中,教师可以将生活实践中的类似曲线运动的事物总结在一起进行类比,找到事物的共同特点,这样学习更容易.譬如实践中的汽车转弯、汽车的过桥过程等现象都属于曲线运动,在教学中将具有类似特征的现象进行编排,让学生从中找到共同点,这样更有利于知识的理解与掌握.此外在光波这一教学内容的学习上也可以采用类比的教学方法,在教学中由于光速太快,无法对其产生的波进行直接的观察.但是根据所学的内容,光与声一样具有反射和折射的特性.在这样基础知识的前提下可以将光的波动性进行类比推测,依据声波的特性建立光波动的模型.类比的方法可以有效的将所掌握的的内容与新接受的内容进行迁移,利于新知识的掌握.构建物理模型的过程中有一种方法称为具象法,即将人们不熟悉的现象与事件中接触较多的视觉现象进行联系.譬如在高中物理教材选修1第2章节磁场的课程学习中就可以采用具象的方法进行建模,由于磁场看不见摸不到,学习的过程中不利于学生的认知.但是磁场中的磁感线、电场线等与学生所学的几何中的点、线、面等概念是相近的,学生也比较熟悉.因此,在教学中教师可以将两者联系在一起,对磁场中的电场线、磁场线和等势面进行点、线、面的具象化.此外在楞次定律的学习中,在判断电流流动方向的学习中,有效的利用右手,将电流流动具体化,形成了右手螺旋定则,这样可以使学生在解决问题的过程中更形象、具体,便于知识的掌握.在物理模型的构建中使用抽象方法也是一种较常用的方法,即在不影响研究结果的前提下将物体的质量、形状等忽略.譬如质点模型的建立就是有效的利用了抽象的方法,建模的过程中只考虑物体的质量而忽略其形状等,这样可以对问题进行简化,更有利学生的学习.此外在电学这一章节中点电荷模型的构建也有效的利用了抽象的方法.由于带电体的线度相对于带电体之间的距离来讲要小得多,学习静电力的过程中,其影响因素主要是电量与其间的距离,而带电体的线度对其影响甚微,所以可以忽略.且带电体的形状、大小和电荷分布等因素也对静电力的影响不大,因此可以忽略,这样就可以在学习的过程中将带电体看成一个只带有电量的几何点,构建成一个电荷模型,这样更有利学生的学习.构建物理模型在高中物理学习过程中的方法,除了上面介绍的方法外还有近似与忽略法、分析与综合法、直觉思维法进行建模以及理想化等建模的方法.在教学实践中,各方法都有各自的特点和优势,教师应不断的探索,有效的利用每一种方法,培养学生物理建模思想的形成.三、小结物理学知识与生活中的很多现象有着直接的联系,也是许多生物、化学等科学的基础,对这一门科学的掌握可以提升学生对日常生活中最本质规律的理解,是一门应用性很强的学科.但是由于现实现象的复杂性,不利于学生的掌握.通过构建物理模型对现实现象进行简化可以有效的促进学生对理论的掌握,因此教学实践中教师要重视构建物理模型这一教学方法的应用,并不断的探究出更好的构建模式,积累经验,进而促进教学目标的实现.。
高中物理模型的建构及教学方法何尔松(福建省福清融城中学㊀350300)摘㊀要:高中物理教学注重物理模型建构ꎬ不仅有助于加深学生对物理情境的认识与理解ꎬ提升学生的科学思维ꎬ而且有助于其更加高效地解决相关的物理问题ꎬ提升其物理解题能力.高中物理教学中应做好物理模型的总结ꎬ并积极采取针对性教学方法ꎬ更好地加深学生印象ꎬ提高其运用物理模型解题的意识ꎬ为其物理解题以及学习成绩的提升奠定坚实基础.关键词:高中物理ꎻ模型建构ꎻ教学方法中图分类号:G632㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1008-0333(2022)12-0077-03收稿日期:2022-01-25作者简介:何尔松(1970.1-)ꎬ男ꎬ福建省福清人ꎬ本科ꎬ中学一级教师ꎬ从事高中物理教学研究.㊀㊀高中物理设计很多的模型ꎬ主要有弹簧模型㊁轻杆㊁管道模型㊁传送带模型㊁碰撞模型㊁磁偏转模型等.实践中应做好这些模型的建构ꎬ使学生牢固掌握物理模型的推导过程ꎬ更好地理解相关物理模型本质以及不同物理模型适用的题型ꎬ使其在以后的解题中少走弯路ꎬ有效地切入.1高中物理模型的建构1.1弹簧模型弹簧是高中物理中非常常见的对象.为更好地解答有关弹簧类的物理问题ꎬ构建弹簧模型尤为重要.构建弹簧模型主要从受力以及能量两个方面考虑.其中在受力方面ꎬ弹簧既能产生拉的作用ꎬ也能产生弹力的作用.需要注意的是由胡克定律可知F=kΔxꎬ弹簧拉伸长度以及压缩长度相同时产生力的作用大小相等ꎬ方向相反.如图1所示ꎬ平面光滑ꎬO为弹簧原长且OM=ONꎬ则在M㊁N两点物块受到弹簧弹力的大小相等.另外ꎬ弹簧形变变化需要一定时间ꎬ因此ꎬ弹簧的力不能突变.从能量角度来看ꎬ弹簧是一种储存能量的装置ꎬ即ꎬ当物体压缩弹簧ꎬ弹簧储存能量.当弹簧恢复的过程中能量被逐渐释放.如不考虑摩擦力作用ꎬ弹簧可在保持物体能量不变的情况下改变物体运动方向.如图2所示ꎬ平面光滑物块以速度v向左压缩弹簧ꎬ弹簧恢复原长后物块以速度大小v向右运动.图1㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图21.2轻杆㊁管道模型这里所说的轻杆管道模型是物体在竖直平面内做圆周运动的情境.因轻杆和管道在最高点ꎬ既可以对物体产生拉的作用ꎬ也可产生向外的支撑作用.由物体做圆周运动所需向心力F向=mv2/R可知ꎬ在最高点当满足mg+F弹=mv2/R时轻杆会产生拉的作用ꎬ管道对物体的弹力竖直向下.当满足mg-F弹=mv2/R时轻杆产生支撑作用ꎬ管道对物体的弹力竖直向上ꎬ需要注意是物体在最高点的速度可以是零.这一点与轻绳连接下物体在竖直平面内做圆周运动的情境不同ꎬ如为轻绳ꎬ在最高点物体做圆周运动的临界条件为vmin=gR.1.3传送带模型77传送带模型是高中物理难度较大的一类模型ꎬ包括水平传送带ꎬ倾斜传送带两种情境.为更好地解决传送带问题ꎬ构建如图3所示的传送带模型:图3另外ꎬ究竟物体何时与传动带共速以及共速后还能运行多长时间ꎬ需要结合物体和传送带的运动速度运用匀加速运动规律计算确定.1.4碰撞模型研究碰撞模型ꎬ主要运用动量守恒定律ꎬ机械能守恒定律ꎬ探讨碰撞后物体的运动方向以及速度大小.平面上存在A㊁B两个小球ꎬA球的质量为m1ꎬ速度为v1ꎬB球的质量为m2ꎬ速度为v2且(v1>v2)ꎬ碰撞后的速度分别为vᶄ1ꎬvᶄ2ꎬ若无能量损失ꎬ则由动量守恒定律可得:m1v1+m2v2=m1vᶄ1+m2vᶄ2ꎬ由能量守恒定律可知ꎬ12m1v12+12m2v22=12m1vᶄ21+12m2vᶄ22ꎬ联立解得:vᶄ1=(m1-m2)v1+2m2v2m1+m2ꎬvᶄ2=(m2-m1)v2+2m1v1m1+m2.显然两球碰撞后的速度情况和其质量大小有关.具体可由学生自己分析.1.5磁偏转模型带电粒子在磁场中运动因受到洛伦兹力的影响而做圆周运动.其中粒子做圆周运动的半径以及周期分别为R=mv/qBꎬT=2πm/qB.磁偏转模型中确定粒子运动轨迹的圆心是解题的关键.确定圆心后结合几何便可求出其运动的半径ꎬ其他参数便不难计算出来.2高中物理模型教学方法2.1注重模型构建过程中的互动高中物理模型建构是一个较为复杂的过程ꎬ学生分析问题的能力要求较高.实践中为增强学生学习积极性ꎬ应做好合理的教学规划ꎬ尤其在模型建构过程中应注重灵活运用相关的工具ꎬ并做好与学生的互动ꎬ激活高中物理课堂ꎬ使学生全身心地投入到模型学习中.一方面ꎬ围绕要讲解的模型制作动态的多媒体课件.增加其学习的趣味性ꎬ降低其理解难度.另一方面ꎬ构建模型的过程中应注重引导学生参与其中ꎬ围绕模型情境设计相关问题ꎬ把握模型细节ꎬ提高其在解题中应用的正确率.2.2给予模型学习过程中的引导高中物理模型较多ꎬ仅仅靠死记硬背相关的模型结论是不行的ꎬ因此实践中应注重给予学生模型学习过程中的引导ꎬ使其真正地学会学习ꎬ将学习到的模型理论转化为解题技能.一方面ꎬ与学生一起完成物理模型构建后要求其做好物理模型的整理ꎬ分析相关结论成立的条件ꎬ分享对物理模型的认识ꎬ及时纠正理解上的误区.另一方面ꎬ提高学生运用物理模型分析㊁解答物理问题的意识ꎬ尤其注重总结不同物理模型解题的相关细节.2.3做好课堂例题的优选与精讲高中物理教学中提高学生运用物理模型解答习题的意识与能力尤为关键.一方面ꎬ注重筛选综合性较强的物理题目.另一方面ꎬ讲解例题时先给学生预留时间ꎬ要求其根据自身理解进行解答ꎬ而后与学生一起剖析解题过程ꎬ详细地展示解题过程ꎬ尤其要求学生多问为什么ꎬ认真揣摩列出的物理方程ꎬ真正的吃透与理解.例如ꎬ如图4所示ꎬA㊁B是光滑足够长的水平轨道ꎬ右侧和足够长的传送带平滑相连(物体经过此处无机械能损失)ꎬ传送带的倾角θ=37ʎ.左侧和半径R=0.05m竖直光滑半圆轨道相连.使用轻绳连接可视为质点的甲㊁乙两物体ꎬ质量分别为m1=872kgꎬm2=1kgꎬ中间夹一被压缩的弹簧ꎬ弹簧和两物体不连接.起初两物体均静止在水平面上.传送带和乙物体的动摩擦因数μ=0.5ꎬ重力加速度为10m/s2.图4(1)固定甲物体ꎬ传送带静止ꎬ烧断细线ꎬ乙物体在传送带上滑动的最远距离s=0.3mꎬ求弹簧压缩时弹性势能大小.(2)固定乙物体ꎬ松开甲物体ꎬ烧断细线ꎬ甲物体进入半圆轨道ꎬ求物体甲运动至D点时对轨道的压力大小.(3)传送带顺时针运动速度v=1m/sꎬ甲㊁乙两物体均不固定ꎬ烧断细线后乙物体沿传动带运动至最高点的过程中摩擦产生的热量.问题(1)符合弹簧模型.弹簧伸长后储存的能量均转化为乙物体的动能ꎬ由能量守恒可知Ep=12m2v21ꎬ由牛顿第二定律可知m2gsinθ+μm2gcosθ=m2aꎬ由运动学公式可知s=v12/2aꎬ联立代入数据得到:Ep=3J.问题(2)由弹簧储存的弹性势能ꎬ可求得物体甲获得的动能ꎬ即ꎬEp=12m1v22ꎬ从B到D由机械能守恒可得ꎬ12m1v22=2m1gR+12m1v2Dꎬ设轨道对甲物体的弹力为Nꎬ由圆周运动规律可知ꎬN+m1g=m1v2D/Rꎬ由牛顿第三定律可知ꎬ物体甲对轨道的压力Nᶄ=Nꎬ联立代入数据解得Nᶄ=20N.问题(3)符合传送带模型.根据动量守恒定律以及能量守恒得到:m1v甲=m2v乙ꎬEp=12m1v2甲+12m2v乙2ꎬ联立解得v乙=2m/s.v乙>vꎬ物体乙和传送带共速之前由牛顿第二定律可得m2gsinθ+μm2gcosθ=m2a1ꎬa1=10m/s2ꎬ共速运用的时间t1=(v乙-v)/a1=0.1sꎬ其相对于传送带的位移Δx1=v乙t1-12a1t12-vt1=0.05m.共速后以a2继续作匀减速运动ꎬ则m2gsinθ-μm2gcosθ=m2a2ꎬ解得a2=2m/s2ꎬ减速至速度为零时t2=v/a2=0.5sꎬ相对传送带的位移Δx2=vt2-v2/2a2=0.25m.则物体乙运动至最高点过程中摩擦产生的热量Q=μm2gcosθ(Δx1+Δx2)=1.2J.㊀2.4组织学生开展专题训练活动高中物理模型建构教学中为使学生能够融会贯通ꎬ举一反三ꎬ灵活地运用物理模型解答各种物理问题ꎬ应注重积极组织学生开展专题训练活动ꎬ使学生在训练的过程中体会犯错㊁纠错过程ꎬ逐渐地澄清对相关物理模型的深入理解ꎬ积累运用物理模型解题的技巧ꎬ促进物理解题能力的有效提升.高中物理模型建构教学中为确保教学目标的顺利达成应做好充分的教学准备ꎬ做好物理模型的汇总ꎬ结合具体教学进度与学生一起完成物理模型的建构ꎬ使学生真正地理解与掌握ꎬ而非死记硬背相关结论.同时ꎬ围绕经典例题展示物理模型的应用过程ꎬ并积极组织学生开展针对性的训练活动ꎬ趁热打铁ꎬ提高学生应用意识ꎬ使其积累丰富的应用经验.参考文献:[1]赖晓静.高中物理模型建构的教学研究 以 动量 专题为例[J].中学物理教学参考ꎬ2021ꎬ50(26):33-35.[2]陆玫琳ꎬ桑芝芳.高中学生物理模型建构能力发展趋势分析[J].物理与工程ꎬ2021ꎬ31(02):69-78. [3]张永刚ꎬ朱巧萍.高中生物理建模意识和能力的培养策略研究[J].物理教师ꎬ2021ꎬ42(06):2-4+9.[4]韩志祥.素养导向下的高中物理作业设计的模型构建[J].物理教师ꎬ2021ꎬ42(02):17-20. [5]杜彦丽.高中物理教学中利用模型建构培养学生思维能力的策略[J].西部素质教育ꎬ2020ꎬ6(01):67.[责任编辑:李㊀璟]97。
高中物理模型的建构及教学方法
高中物理模型的建构及教学方法是指在高中物理教学中,通过构建物理模型来帮助学生深入理解物理现象和规律,提高学生的物理素养和实验能力的教学方法。
在建构物理模型时,需要从实验数据和基本理论出发,逐步建立起模型,并通过实验验证和修正,使其更加符合实际情况。
教学方法方面,需要注重启发式教学,鼓励学生自主探究和思考,引导学生运用所学知识和技能解决实际问题,培养学生的实验能力和科学思维。
同时,还需要注重跨学科融合,将物理模型与化学、生物等科学知识相结合,形成更为完整的科学体系。
- 1 -。
高中物理模型的建构及教学方法
高中物理模型的建构与教学方法是指在教学过程中,通过对物理现象进行观察、实验、分析等方式,构建出物理模型,并探究其规律和应用。
具体来说,包括以下几个方面:
一、物理模型建构的基本步骤:
1.观察物理现象,提出问题;
2.设计实验,收集数据,分析数据;
3.提出假设,构建物理模型;
4.验证假设,修正模型;
5.用模型预测新现象,检验模型的适用性。
二、高中物理模型教学的方法:
1.实验教学法:通过实验观察、测量等方式,帮助学生建立模型,提高学生的实验能力和科学思维。
2.探究式教学法:引导学生通过探究、发现、总结的方式,建立物理模型,激发学生的学习兴趣和动力。
3.问题导向教学法:通过提出问题、分析问题、解决问题的方式,引导学生建立模型,培养学生的自主学习能力。
4.案例教学法:通过引入实际案例,帮助学生建立模型,提高学生的应用能力。
结论:
高中物理模型的建构及教学方法对于学生的物理学习具有重要的意义,不仅可以提高学生的学习兴趣和动力,还可以培养学生的实
验能力、科学思维和应用能力,是高中物理教学中不可或缺的一部分。
高中物理模型的构建一、物理模型分析重庆高考已进入五个年头,随着新课程改革的深入,我省高考试题更加突出对考生应用能力及创新能力的考查,大量实践应用型、信息给予型、估算型试题呈逐年增多的趋势。
因此,研究在实际情景中构建物理模型的方法,既是教师教学研究的一个重要方向,也是培养学生解决实际问题的能力、提高学生应对高考策略的一个重要环节。
物理学所研究的运动,是一种简单的运动形式,物理学的研究方法是通过建立一个个物理模型,使实际复杂多样的物质世界简单化,建立物理模型的过程是一个抽象思维过程,要能抓住事物的本质。
高中阶段的物理学习为我们积累了很多物理模型,我们可以将其分类成:①物质结构的模型(如质点、物体的分子结构、理想气体、原子结构、核结构、导体等等);②作用过程的模型(如:碰撞、能量转化过程、光电效应、核变化等);③运动模型(匀速直线运动、匀变速直线及曲线运动、平抛运动、圆周运动、简谐振动等等);④其他模型(电流、电阻、磁流体发电机、电磁流量计、理想变压器等等),也可以说物理中所有的公式、定律、定理都是对一个个不同的模型的描述,我们解题所列的等式,就是将物理模型与具体物理情景相结合的产物。
有了系统的物理知识就有了足够的物理模型,解题时所谓建立模型,就是根据从题目中提炼出的有效信息,调出大脑中储存的与之相关的物理模型。
二、运用物理模型解题的步骤1、收集题干信息,确定研究对象和研究过程,弄清物理现象和物理事实。
2、处理各物理信息的相互关系。
3、寻找与已有信息(某种知识、方法、模型)的相似、相近或联系,通过类比联想或抽象概括,或逻辑推理,或原型启发,建立起新的物理模型,将新情景问题“难题”转化为常规试题。
4、选择能适合题给信息的物理方法和物理规律求解,力求简洁。
三、相关模型的举例解析1、物质结构的模型例1理想气体是一种气体模型,是对真实气体的抽象,其微观的特点是:①理想气体分子线度可以忽略不计,即具有一定的质量而没有大小;②分子之间以及分子与器壁间除了弹性碰撞外无其他作用力。
高中物理模型教学的探究物理模型是研究物理学的基础,是理解和掌握物理现象与规律的关键。
如何有效地教授物理模型是一个重要的教学问题。
本文将探讨高中物理模型教学的方法和策略,以提高学生的学习成效。
一、物理模型的概念物理模型是对物理现象进行抽象、概括和描述的一种工具。
它是由一系列已知的理论及已有的实验事实构成的,可以帮助我们对物理现象进行预测和解释。
物理模型具有良好的可重复性和可验证性,便于进行实验验证和理论探究。
物理模型可以分为定量模型和定性模型两种。
定量模型是指对物理现象的定量描述,采用数学方法表达,如运动学模型、热力学模型等。
定量模型通常与实验数据相比较,得到比较精确的预测结果。
定性模型是指对物理现象的定性描述,采用文字、图像等方式表达,如电磁场模型、核模型等。
二、物理模型教学的策略和方法1. 建立基础知识在进行物理模型教学之前,必须先建立学生对基础知识的理解,了解基本物理规律和概念。
例如,在教授电路模型时,必须先让学生了解欧姆定律、基尔霍夫定律等基本概念,然后再进一步引入电路分析方法。
2. 强调实验验证在进行物理模型教学时,可以通过实验验证加深学生对物理模型的理解。
例如,在教授受力平衡的模型时,可以通过平衡杆和砝码进行实验,让学生亲自体验受力的平衡和不平衡情况,强化学生对物理模型的印象。
3. 建立概念图在进行物理模型教学时,可以用概念图的形式表达模型的关系、结构和功能。
概念图通常由一个中心概念和与之相关的子概念组成,可以帮助学生建立模型的整体架构和思维导图。
例如,在教授机械波模型时,可以建立一个波的概念图,包括传播速度、波长、频率等概念。
4. 运用数学工具物理模型通常需要运用数学工具进行分析和计算。
在进行物理模型教学时,必须清楚表述所使用的数学公式和推导方法,同时还要教授如何在实际问题中应用数学工具进行解决。
例如,在教授热力学模型时,必须教授如何进行热力学计算和应用。
5. 联系实际问题在进行物理模型教学时,必须联系实际问题,让学生了解模型的实际应用和意义。
高中物理模型的建构及教学方法
高中物理模型是指用来描述物理现象和解决物理问题的抽象化、简化化和理想化的物理概念、物理规律和物理模型。
建构高中物理模型是高中物理教学中的重要内容,通过建构和使用模型,可以使学生更好地理解物理现象和解决物理问题。
建构高中物理模型的过程一般包括以下几个步骤:观察、形成问题、提出假设、设计实验并进行实验、分析实验结果、修改假设和模型。
在教学中,应该根据学生的认知水平和学科知识的特点,采用不同的教学方法来建构和应用物理模型。
其中,常用的教学方法包括教师讲授、课堂讨论、小组合作学习、实验教学、案例教学等。
其中,实验教学是建构高中物理模型的有效途径之一。
通过实验,学生可以亲身体验物理现象,观察实验现象,分析数据,从而建构出自己的物理模型。
同时,实验教学可以培养学生的实验技能和科学精神,提高他们的探究能力和创新能力。
除了实验教学外,案例教学也是建构高中物理模型的重要途径之一。
通过案例教学,学生可以了解真实的物理现象和问题,掌握物理规律和物理模型的实际应用。
同时,案例教学可以培养学生的分析能力和解决问题的能力,提高他们的应用能力和创新能力。
总之,建构高中物理模型是高中物理教学中的重要内容,教师应该根据学生的认知水平和学科知识的特点,采用不同的教学方法来建构和应用物理模型,以达到提高学生的物理素养和科学素养的目的。
浅谈如何构建物理模型【摘要】高中学生普遍感觉高中物理难学:听听还懂,解决实际问题就困难。
关键在于他们还是习惯于初中的那种形象思维方式,只会记概念、规律的静态结论,而不重视得出结论的发展过程;只会照葫画瓢,模仿性地解决一些简单的物理问题,而不善于通过观察分析,提炼出现实情景的物理模型,尔后纳入到相关的知识体系中去加以处理,最后得到问题的解决。
所以,物理教师在完成教学任务的过程中,一定要重视对学生建模意识的培养,只有这样,才使学生在解决物理问题时能清晰地构建出情景条件的物理模型,迅速找到解决问题的方法,从而达到培养学生灵活思变、创造性思维的能力。
本文着重从三个方面阐述如何建构物理模型:一、加强基础训练,积累实战经验、二、注重情境变换,拓展思维空间、三、精心整合归类,构建物理模型,目的在于教会学生一种思考问题的方式。
【关键词】夯实基础;情境变换;整合归类众所周知,理想模型的建构是研究物理的一种重要手段和方法,大物理学家如伽利略、牛顿、爱因斯坦等,他们都是善于建构物理模型的人。
物理模型是根据研究的问题和内容在一定条件下对研究客体的抽象,从多维的具体图像中,抓住最具有本质特征的图像,建立起一个易于研究的、能从主要方面反映研究客体的新图像,物理教学的主要任务就是要教会学生这种思考问题的方式,并尝试用所学知识来分析和解决实际问题。
新课程改革把课程目标定位于满足学生发展与终身学习需要,为造就适应社会需要的高素质人才奠定基础。
学以致用正是基于这一基本要求,但自然界实际问题是千变万化的,我们既要考虑这些知识的“去脉”,更不能轻视它的“来龙”,做到“以物带理”和“以理说物”。
“以理说物”要求我们要弄清其中基本的原理,搞清它们所遵循的基本规律,对复杂的情境进行简化抽象,建立起物理模型,这样我们就可以通过纷繁而复杂的表面现象去认清事物的本质,用理论来指导我们的行动去改造世界。
1.加强基础训练,积累实战经验扎实的基础,为理想模型的建立提供一个知识平台,因此教学的首要任务是夯实基础,培养学生基本的思维方法,而新课教学中的知识传授则是理想模型建立的初级阶段。
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建构高中物理模型初探
摘 要:物理模型是在抓住主要因素忽略次要因素的
基础上建立起来的,它能具体、形象、生动、深刻地反映事
物的本质和主流。中学物理教材所叙述的许多物理现象,都
是用模型来说明的。中学物理教学的实质是利用抽象简化后
的物理模型研究物理规律的教学,通过分析模型的内涵,借
以研究物理过程发生发展的规律。
关键词:物理模型 高中物理教学 抽象思维
模型法是解决物理问题的重要而又基本的方法,是学
生分析问题和解决问题能力的最高层次之一,在中学物理教
学中,循序渐进地启发、引导学生,合理建立、应用物理模
型,处理比较复杂的物理问题,熟悉并掌握这种科学研究的
思维方法,养成良好的思维习惯,不但能使学生加深对物理
概念和规律的理解,提高解题技巧,举一反三,触类旁通,
化繁为简,而且对开发学生智力,发展创造性思维,将起到
积极的作用。
一、物理模型的内涵及其分类
1.内涵
物理学分析和研究的实际问题往往非常复杂,为了更
好地揭示事物的本质,人们往往根据观察和实验所获得的各
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种感性材料,将复杂具体的物理事件,舍去那些表面的、次
要的条件,抓住主要的本质的主要的因素,得出一种能反映
原事件本质特性的理想物质、理想过程、理想状态等,这种
理想物质、理想过程或理想状态就称之为物理模型。
2.分类
2.1物理对象模型化:物理中的某些客观实体,如质
点,舍去物体的形状、大小、转动等性能,突出它所处的位
置和质量的特性,用一有质量的点来描绘,这是对实际物体
的简化。类似质点的客观实体还有点电荷、单摆、理想电表
等。
2.2物体所处的条件模型化:当研究带电粒子在电场
中运动时,因粒子所受的重力远小于电场力,可以舍去重力
的作用,使问题得到简化。力学中的光滑面;电学中的匀强
电场、匀强磁场等等,都是把物体所处的条件理想化了。
2.3 物理状态和物理过程的模型化:例如,力学中的
自由落体运动、匀速直线运动;电学中的稳恒电流、等幅振
荡等都是物理过程和物理状态的模型化。
2.4实验理想模型化:在实验的基础上,抓住主要矛
盾,忽略次要矛盾,根据逻辑推理法则,对过程进一步分析、
推理,找出其规律。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
他的理想实验,从而推倒了延续两千多年的“力是维持运动
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不可缺少”的结论,为牛顿第一定律的产生奠定了基础。
二、物理模型在中学教学中的运用
1.建立模型概念,理解概念实质
概念是客观事物的本质在人脑中的反映,客观事物的
本质属性是抽象的、理性的。要想使客观事物在人脑中有深
刻的反映,必须将它与人脑中已有的事物联系起来,使之形
象化、具体化。物理模型大都是以理想化模型为对象建立起
来的。建立概念模型实际上是撇开与当前考察无关的因素以
及对当前考察影响很小的次要因素,抓住主要因素,认清事
物的本质,利用理想化的概念模型解决实际问题。如质点、
点电荷等。
2.认清条件模型,突出主要矛盾
条件模型就是将已知的物理条件模型化,舍去条件中
的次要因素,抓住条件中的主要因素,为问题的讨论和求解
起到搭桥铺路、化难为易的作用。例如,我们在研究两个物
体碰撞时,因作用时间很短,忽略了摩擦等阻力,认为系统
的总动量保持不变。条件模型的建立,能使我们研究的问题
得到很大的简化。
3.构造过程模型,建立物理图景,训练发散思维
过程模型就是将物理过程模型化,将一些复杂的物理
过程经过分解、简化、抽象为简单的、易于理解的物理过程。
例如,为了研究平抛物体的运动规律,我们先将问题简化为
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下列两个过程:第一,质点在水平方向不受外力,做匀速直
线运动;第二,质点在竖直方向仅受重力作用,做自由落体
运动。可见,过程模型的建立,不但可以使问题得到简化,
还可以加深学生对有关概念、规律的理解,有利于培养学生
思维的灵活性。
4.转换物理模型,深入理解模型
通过对理想化模型的研究,可以完全避开各种因素的
干扰,在思维中直接与研究对象的本质接触,能既快又准确
地了解事物的性质和规律。例如,建立起“单摆”这一理想
化模型后,理解了单摆的周期公式,可以解决类似于单摆的
一系列问题:在竖直的光滑圆弧轨道内作小幅度滚动的小球
的周期问题;在竖直的加速系统内摆动的小球的周期问题;
在光滑斜面上摆动的小球的周期问题。
5.构造理想实验模型,促进学生想象和逻辑理论思维
能力的发挥
理想实验是指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,在思维中把客观的实验条件和研究对
象加以理想化,抽象或塑造出来的一种理想化过程的“实
验”。
三、如何帮助学生构建物理模型
物理学中“建模”能力是一种很重要的能力,这里存
在一个如何将实际问题转化成一个物理问题的过程,就是建
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立物理模型的过程,它是分析研究问题的主要手段。无论问
题情景多么新颖多变、与日常生活联系多么密切,大都可以
归结为学生熟悉的物理模型。
1.实验引导
实验是物理学的基础,所以,在建立物理模型时离不
开实验。其一般方法是先做有关实验,使学生在脑海中留下
一个直观的、具体形象的物理模型,在次基础上作抽象引导,
形成一种思维轮廓,变成具有思维特征的物理模型。然后利
用学生思维中已建立起来的物理模型去解决一些实际问
题 。这样建立起来的物理模型学生印象深刻。
2.下定义
有些物理模型的建立,学生要从模型本身的特点给予
定义,然后在运用中进一步体会模型的内涵。
3.举例
在学生已有知识的基础上,通过举例的方法,引导学
生建立物理模型。
4.例题、习题中引导
建立物理模型在解答物理例题和习题中经常起着决
定性的作用。
总之,“科学的基本活动就是探索和制定模型”,建
模最能反映一个学生的抽象思维能力和素质。所以这要求我
们在进行高中物理教学时要循序渐进地启发、引导学生,合
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理建立、应用物理模型,养成良好的思维习惯,这对开发学
生智力,发展创造性思维,将起到积极的作用。切实加强对
学生物理建模方法的指导。使学生清楚地认识到,解题的关
键在于从问题中抽象出模型,模型是联接理论知识和应用的
桥梁。