高中物理教学中物理模型构建与应用探析

王春涛

【摘 要】在高中物理课堂教学中，很多教学内容需要借助物理模型来进行辅助教学，同时，物理模型的构建与应用也是培养学生抽象思维能力和创新思维能力的重要途径。本文在分析物理模型构建的重要性基础上，探讨了高中物理教学模型构建的基本原则，并以具体案例进行了进一步阐释，以期为高中物理教学提供参考。

【关键词】高中物理；物理教学；物理模型

【中图分类号】G633.7

物理是一门比较抽象的自然学科，在高中教育中，具有非常重要的基础作用，也是高考重点考核的科目之一。对于高中物理的学习，学生普遍感觉到比较难懂，也较难以理解，有的学生甚至会陷入学习困境而产生厌烦心理。物理教学模型的构建，不仅能提高学生对物理的学习兴趣，还能直观地帮助学生解决各种物理问题，增进物理课堂教学气氛，从而促进物理课堂教学效果与质量的提升。

一、物理模型构建在高中物理教学中的重要作用

（一）将抽象的物理概念化繁为简

物理模型是对物理规律和物理概念知识的抽象化描述，其结合物理知识发现与研究的根本目的，从物理思维和科学研究的角度对原型客体进行本质化的再现。物理模型是抓住事物主要矛盾的基本物理研究方法，合理的运用物理模型，可以将复杂的问题简单化，以发现事物本在的物理规律。

（二）帮助学生更深刻地掌握物理知识

结合具体的物理教学内容，构建特定的物理模型，有助于将抽象的物理定律进行生动的形象化表现，这对引导和培养学生的物理思维能力，有着极其重要的促进作用。例如，物理教学中构建电场线对电场的描述模型、原子核结构对 α 粒子散射影响原理的物理模型等，可以将抽象的物理概念形象化，以深化学生对物理知识的认知与掌握。此外，物理教学是一个系统的整体，各单元知识相互关联，利用物理模型构建来引导学生掌握基础知识，有利于疏导整个教学过程，如在电场物理知识教学中构建“匀速电场”物理模型，学生在对此模型进行深入理解的基础上，可更快速的理解磁场中的匀速磁场物理概念。

（三）提高学生解决物理问题的能力

具体物理问题的分析与解决，都离不开对物理本质的把握与主、次矛盾的抽取。在高中物理教学中，具体物理模型的构建，都需要教师对模型的设计思路和物理定律的运用进行详细解析，以逐步的培养学生养成良好的物理思维能力。经过反复的训练，可以培养学生对复杂物理知识的学习与研究能力。

二、物理模型的构建原则

物理模型的构建可以具体的反映具体事物的物理本质，抽取原型的主要物理特征，并以科学知识和物理实验数据为支撑。因此，高中物理教学中物理模型的构建必须科学、合理、有理有据，不能盲目、随意的进行构建，其遵循的原则如下所示：

首先，反映研究对象的本质特征。以理想气体模型为实例进行分析，在构建物理模型的过程中我们必须抽象出气体模型的本质特征：（1）气体分子体积相比气体体积可以忽略；（2）气体分析的无规则物理运动性：（3）气体分子之间及其与器壁之间的碰撞可视为弹性碰撞。在电场、磁场等物理模型构建中亦是如此，在构建物理模型的同时让学生更深入的理解物理概念与定律如何客观、真实的反应事物原型。

其次，抽取原型主要因素。物理是一门研究物质世界最基本存在和运行形式的学科，而物质世界的各种自然现象又不是孤立而存在的，事物之间的相互联系的复杂性使得我们在构建物理模型时不可能面面俱到，这就要求我们要抓住事物的主要因素、主要矛盾而忽略次要因素、次要矛盾。例如，在研究物理的机械运行这一物理知识中，现实世界中物体的运动不可能有单纯理想化的直线、匀速、圆周运动，而往往是各种复杂非规则性运动。然而，在实际物理知识的研究中，我们必须抓住物体运行的本质规律、主要因素，以更具体的研究某一物理定律。这才引入了匀速直线运动、匀速圆周运动和简谐运动等理想化的物理模型。

再次，以实验为依据。物理模型的建立不能随心所欲，它是具体物质的本质特征，以科学知识和物理实践为基础而建立的。科学、正确的物理模型的建立必须立足与物理实验，其修正、调整与完善乃至适用范围都必须遵循与物理实验为客观依据的基本原则。

三、高中物理教学中物理模型的构建程序及应用案例

以高中物理教学中“带电粒子在带等量异号电荷间的平行板间的运行”这一物理模型进行具体分析物理模型的构建程序和方法。

首先，分析带电粒子的基本物理特征。（1）带电粒子的体积极小；（2）本次物理模型的构建的主要因素为研究带电粒子在电场中的“平动”这一运动规律；（3）带电粒子所受的物理力在此理想物理模型中为重力和电场力两种。

其次，确定主次因素。抓住此物理模型的主要研究知识为带电粒子的“平动”，因此要忽略其“旋转运动”次要因素；抓住带电粒子在带等量异号电荷平板间的物理运行这一特定环境，将其特性视为“匀强电场”，忽略板间运动的边缘效应；再者，从带电粒子的受力因素上来分析，因带电粒子的体积极小，其受到的重力相比其在平行板间的电场力可忽略不计，因此我们视“电场力”为主要因素，“重力”为次要因素。

再次，抓住本质特征 ， 做出合理抽象。根据以上两个条件的确立，在此物理模型中，我们将带电粒子视为研究对象，即“质点”。在其所受到的重力相比于电场力可忽略不计的条件下，可视为其只受到恒定的电场力作用。如此一来，这一物理模型所应运用的物理知识包括质点的匀速运动、类平抛运动、匀加速直线运动等，确定哪一运动模型视带电粒子的初始速度和受力方向而定。这样，便可以结合已掌握的物理知识对这一具体物理问题进行分析与研究。

再如，对于速度 定向连续移动的电荷，也可以在 方向选取一横截面积为 的柱体微元，则 时间内通过 截面的电量即为以 为高、 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： 。其中， 为单位体积中的自由电子数， 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。

四、结语

综上所述，物理模型的构建，对高中物理教学具有非常重要的辅助作用。物理模型能够将很多微观的、抽象的运动过程具体化与形象化，重现微观的运动过程以及力的相互作用过程，对学生理解和学习物理知识裨益无穷。在高中物理教学中，教师要善于引导学生借助物理模型的构建，来使复杂的问题简单化，以解决物理学习中遇到的实际问题，提高物理学习的有效性。

参考文献

[1]刘会. 论高中物理教学中物理模型的构建[J]. 考试周刊，2014，A0：140.

[2]杨明. 高中物理教学中模型建构策略探微[J]. 数理化解题研究（高中版），2012，09：32-33.