高中物理模型教学的理论研究

高中物理模型教学的理论研究

发表时间：2020-03-11T17:45:22.177Z 来源：《教育学文摘》2020年4月总第334期作者：董英梅[导读]

山东省招远第一中学265400

一、物理模型的定义

物理模型定义为：为了充分了解和研究对象的本质，根据研究对象和问题的特点：通过对所研究的系统比较、等效、综合等的思维方法对所给的系统做简化的描述和模拟。学习竖直上抛时，我们可以把背跃式跳高简化成以重心为研究对象的竖直上抛运动，高台跳水也可简化抽象成竖直上抛，高台跳水可以下落到抛出点以下，发射导弹是斜上抛模型，电场中带电离子在匀强电场中初速度与电场力夹角大于

90°的情景也是斜上抛模型，而初速度和电场力夹角为90°是类平抛，处理方法和平抛相类似。高中阶段学生所学的物理规律和定律都有一定的物理模型相联系。解决物理问题其实就是构建物理模型和应用物理模型的过程。

二、物理模型的分类

1.根据研究对象——对象模型

比如：质点模型、弹簧模型、电容器模型、连接体模型、双星模型、斜面模型、点电荷模型、电场模型、线圈模型、连接体模型、通电导线模型、电阻模型、变压器模型、气体模型、氢原子模型、光子模型、传送带模型、测电阻模型、打点计时器模型、杆+导轨模型等等。

2.根据过程分析——状态模型、过程模型

比如：状态模型：共点力作用下的静态（动态）平衡状态模型、超失重模型、临界状态模型、碰撞模型、爆炸反冲模型等等。过程模型：圆周运动模型、匀变速曲线模型、匀变速直线模型、平抛、类平抛模型、机车启动模型、电路的动态变化模型、电磁感应模型、带电离子在电磁场中的偏转模型、远距离输电模型、气体状态变化模型、核裂变和核聚变模型等等。

3.根据应用规律——方法模型

比如：图像模型、动力学模型、机械能守恒模型，动量守恒模型，万有引力与航天模型，测电阻的方法模型，等效重力场模型，能量守恒模型，动能定理模型，动量定律模型，带电离子在电磁场中的运动模型等等。

模型的划分也不是一成不变的，可根据教学的需要灵活的归类。

三、物理模型的特征

1.抽象性与形象性的统一

如：质点模型，质点实际生活中并不存在，它是一个理想化的模型，但是它们有实际的意义，它是根据研究问题的性质，有时可以忽略物体的大小和形状，将物体抽象成一个有质量的点。与质点相类似的还有电场中的点电荷，气体中的理想气体等等。

2.科学性与假定性的统一

物理的建模过程是学生对所研究的物理过程通过分析抓住它的主要特征，经过比较、抽象、概括、推理、逻辑论证得出的一个具有实际意义的能够解决问题的物理模型，它具有科学性。同时建模的过程要利用抽象思维、直觉思维，对客观事物进行假象，然后通过理论或实验验证它的可靠性，因此，物理模型具有一定的假定性。如：玻尔提出的氢原子模型（能级结构），他是在发现了氢原子的线状谱后，经典的电磁理论无法解释的情况下提出的假设，这一假设能够解释氢原子光谱，该假设一直被应用至今。

3.简洁性与美学性的统一

物理建模的过程对一些复杂的问题进行了抽象化的处理。略去了一些次要的因素，有利于我们抓住事物的本质，让一些复杂的问题变得简单。建模过程中模型的体会和理解被定律的内涵所深深的吸引，体现了物理模型的和谐之美。如：赫兹发现了光电效应的三个现象后，经典的波动理论无法解释该现象。爱因斯坦提出了光子说，强调光子和电子是一一对应的关系，一个光子只能把能量给一个电子，光电子得到能量的过程不需要时间的积累，且光电子从金属逸出的过程遵循能量守恒，即爱因斯坦光电效应方程hv=Wo+EKm。爱因斯坦光子说的提出具有简洁性和美学性。

四、物理模型在高三教学过程中的作用

1.物理模型的建立有利于学生对物理概念，物理定理和物理规律的准确的理解

学生在高一、高二的学习中已经学习了一些物理概念、物理规律和物理定理，已经储备了一些物理的基础知识，只是大部分学生对这些物理概念和定理并不是十分的理解，更不会灵活的应用，只是简单的死记硬背，“复制粘贴”物理题目，被动式学习对一些问题的认识不深刻、理解不透彻，形不成完整的物理知识体系。如：在复习能量部分时，学生对动能定理和机械能守恒定律的理解不够清楚，抓不住动能的变化看合外力做功，机械能的变化看其它力做功，其它力做功不包括重力和系统内的弹簧弹力做功，但合外力做功包括重力和系统内的弹簧弹力做功，本质理解不好，学生通过构建正确的有意义的物理模型，有助于学生抓住一些定理定律的本质，知道了分析物理模型的入手点，不至于只会乱套公式。通过物理模型的教学有利于提高学生的思维品质，提高学生的理解和接收知识，解决问题的能力，且对知识系统的对比理解，更有利于学生对物理基本规律和定理的理解，处理物理问题整体的思路更为清晰、开阔。

2.培养学生的抽象思维能力和创新能力

高中部分许多物理知识比较抽象难懂，学生不易理解和接受，尤其是遇到复杂的物理问题解决起来比较困难时，采用模型教学，突出主要因素，忽略次要因素，引导学生对获取的信息进行物理模型的转化，去粗取精、去伪存真，抓住物理模型的主要特点，建立清晰的物理情景，有助于学生抽象思维的培养。高三学生从思维训练的角度对学生建模能力的培养是对学生进行创新能力的培养，更有助于提高学生的探究能力。