摘要: 物理模型是人们为了研究物理问题的方便和探讨物理事物的本质,而对研究对象所作的一种简化描述,是以观察和实验为基础,采用理想化的方法所创造的能再现事物本质和内在特性的一种简化模型。理想化的物理模型既是物理学赖以建立的基本思想方法,也是物理学在应用中解决实际问题的重要途径和方法
关键词: 物理教学 模型法 物理模型种类
物理学的研究对象是自然界中的物理现象及其变化规律,而有些的物理问题都比较抽象,学生难以理解,如何将抽象问题形象化,教师上课讲得更清楚,学生理解更轻松?一种最有效的手段就是根据研究对象的主要特征,建立模型。一旦建立模型,学生心中有一个具体的形象,理解起来就会起到事半功倍的效果,物理模型是物理学中一种普遍且十分重要的研究方法。
一、模型法在物理教学中的意义
物理模型法教学,具体指在物理授课过程中根据物理现象的本质帮助学生在头脑中建立形象化的模型,便于学生进一步理解物理现象,理解物理本质的方法。物理模型法教学,出于知识的理解技巧,做出的相关物理现象的简单模拟,或者将具体的核心局部放大,进而专注研究核心因素的物理形象。在初级的物理学知识层面,简单的物理模型有质点、单摆、点电荷等,其统称为对象物理模型。
物理模型是一种严密的思维方法,具有较高的科学性,学生通过对模型的学习,掌握和了解物理学知识,同时构建个人正确的、严谨的思维方式,通过对物理模型各种设计的思路的分析,学生在面对复杂的物理学问题或者物理学现象时,能够做到具体的分析、严谨的分析,进一步可以区分主要因素与次要因素,透过物理现象,发现本质问题。引导学生通过科学抽象和概括教物理学中的具体的、复杂的物体或者过程,通过正确的、简单的物理模型来代替,放大其核心矛盾,以此研究主要的因素,寻找出其中的核心规律。
总之,物理模型方法贯穿于整个物理教学过程中,它在一定程度上能够丰富物理的教学课堂,使学生学习的难度得到一定降低,激发其学习热情,这样既提高了课堂的教学效率,又让教师的教学能力得到了提升,还可让学生把运用物理知识的能力得到锻炼与提高,由此将模型方法用于物理教学于师于生都是大有裨益的。
二、常见的物理模型种类
??构建物理模型,就是要舍弃次要因素,抓住主要因素,从而突出客观事物的本质特征。构建物理模型也是一种研究问题的科学的思维方法。在中学物理教学中,物理模型一般可分三类:物质模型、状态模型、过程模型。
?1.物质模型
??物质有实体物质和场物质两种存在形式。像质点、点电荷、轻质弹簧、弹性小球等都是实体物质模型;匀强电场、匀强磁场等都是空间场物质模型。
2.状态模型
??研究流体力学时,流体的稳恒流动(状态);研究理想气体时,气体的平衡态;研究原子物理时,原子所处的基态和激发态等都属于状态模型。
3.过程模型
??在研究质点运动时,如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、平抛运动、简谐运动等;在研究理想气体状态变化时,如等温变化、等压变化、等容变化、绝热变化等属于理想的过程模型。
另外,部分学生对部分物理概念理解不到位,可以帮助学生建立概念模型,比如:
质量密度问题(m=ρv)——可以将密度理解成1cm3的小正方体的质量,体积可以理解成小正方体的数目;
比热容问题(Q=cm·Δt)——可以将比热容c理解成容器的底面积,热量Q理解成容器中的水量,温度变化量Δt理解成容器内水的高度,这样对物体的吸热或者放热温度变化量或者吸收热量或者放出热量就有很直观的理解。
三、模型法教学应注意的问题
1.注意使用条件
任何模型都只是不同程度的反映物现象,展示物理规律,不会全面反映真实情况,所以物理模型有一定的适用条件,有许多事物与这种“理想模型”十分接近,在一定场合、一定条件下,作为一种近似,可以把实际事物当作“理想模型”来处理,但也要具体问题具体分析。譬如,在研究地球绕太阳公转运动的时候,地球上各点相对于太阳的运动可以看作是相同的,即地球的形状、大小可以忽略不计,这样就可以把地球当作一个“质点”来处理;但在研宄地球自转时,地球上各点的转动半径不同,地球的形状、大小不可以忽略,不能把地球当作一个“质点”来处理。
2.物理模型是在不断完善发展的
同一事物在不同阶段可用不同模型来描述,但其模型总是不断地从初级向高级发展,不断完善。譬如原子模型有代表性的就有汤姆生“枣糕式”原子模型、卢瑟福“原子核式结构”模型、玻尔“轨道量子化”原子模型等。
3.模型的建立要联系实际
构建物理模型是为了更好的认识物理事物,因此必须把物理模型应用在实际生活中。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;
作为物理教师,在物理教学中,有时我们也感到物理难教,难以调动学生的积极性,学生不喜欢,课堂效率低,如果我们在课堂上帮助学生建立了正确的物理模型,让物理知识和生活相联系,就给教学增添了色彩,赋予知识以生命力,让学生切身感受到物理知识源于生活,对生活有用,学生自然更愿意去学习、去研究。所以在平时的教学中,我们要善于应用模型,让物理和生活紧紧联系在一起。
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