建构模型 培养物理思维能力

郑利芹

(江苏省徐州市郑集高级中学 221100)

物理学科的逻辑性非常强.但是高中阶段所研究的情况大多都是在理想条件下的.显然，这与学生的日常生活不相符.那么，为了让学生深刻理解、接受及应用物理知识，模型的建构就是必不可少的了.接下来，我将根据日常教学经验及教学研究，由浅入深，分析培养学生建构模型的能力的方法.

一、分析原型特征，做出抽象

分析不同的问题，研究的主体必然不一样.因此，教师应该教会学生根据问题，分析原型的特征，抓住主体，进而做出抽象.只有掌握了研究对象及方向，分析问题时，才会事半功倍.

在教学“运动的描述”这一内容时，其中第一节就将质点的概念了解清楚了，即有质量但不存在体积或形状的点.这就是学生接触的第一个抽象概念.因此，我在这一节尤其注意，因为质点非常好用，但不是万能的.首先，我将质点的适用情况进行了详细说明：质点只有质量，不存在体积或形状，因此只适用于不需要考虑体积及形状因素的情况.接下来，我举了正反两个例子，供学生深入理解：一个小球从山上滚下来，求它的运动轨迹时，可以将其简化为一个质点；但同样是球，如果要研究乒乓球在行进过程当中的旋转方向及情况的话，显然就不能把乒乓球看作一个质点，因为质点只有质量，不存在体积或形状.最后，我又设想了几种情况，并对学生进行提问，以此来检验他们的学习成果：①一根杆子平放在地面上，分析地面对杆子作用力的大小及方向时，是否能将其看作一个质点；②分析跷跷板两边重力对其平衡的影响情况时，是否能将跷跷板看作质点.学生们也都给了我准确的答案：在第一种情况下，由于杆子只受自身重力及地面支撑力，与质量有关，与体积和形状无关，因此可以看作质点；但是在第二种情况下，研究跷跷板两边的受力，明显与形状有关，因此不能看作质点.

经过我比较清晰合理的讲解，同学们对质点也有了一定的掌握，基本可以根据研究问题对原型进行归纳和概括，进而分析问题.由于认知顺序的问题，我在课堂上的讲述一定是有限的，但其实涉及到后面与电相关的知识时，也有质点的应用，教师一定要适时提醒.

二、抓住主次因素，解决问题

前面提到，高中物理的研究情况一般是在理想条件下,但在实际解决问题的过程中，并不会有人告诉学生哪些条件是应该考虑的，哪些条件是应该忽略的，这就需要我们教会学生自行归纳，抓住主要因素，从而解决问题.

“电磁感应”这一内容是一个难点，在教学中，我将其中很复杂的一些问题概括成了几个模型，如“带电粒子在带等量异号电荷的平行板间的运动”.正式研究之前，我需要让学生理解主次因素的判断及选取.首先，从粒子的运动出发.在电场中，带电粒子不仅有位置的移动，同时还有自身的旋转，这样算下来的话，运算量和研究难度都会增大很多.但是，在这个研究中，明显带电粒子自身的旋转是不需要考虑的，那么就只需要考虑带电粒子的位置变化，即可以将带电粒子抽象为一个质点.接下来，考虑到平行板的边沿效应，又该如何解决呢？其实，带等量异号电荷的平行板一般距离较近，板间电场可认为是匀强电场，就研究带电粒子在板间的运动而言，边沿效应可忽略不计，板间电场是主要因素.最后一个问题，我让学生自己思索，带电粒子是否还有别的受力.有了之前的例子，大家也都很清楚，虽然带电粒子还有自身重力影响，但重力非常小，所以只需要考虑电场力.

实际研究过程中，对象的影响条件是非常多的.因此，要想建构物理模型，就一定要学会对影响条件进行判断，找出主次因素，才会找出正确的方向，减少时间浪费，进而解决问题.

三、对比实验数据，发现规律

物理模型是根据工作需要建立起来的，它的存在是为了更好的解决问题.因此，建立模型后还需要通过具体实验进行检验，对比实际与理论的情况后对模型进行修正，才能真正应用.

在教学“平抛运动的规律”的内容时.在课本上，大家已经了解到：平抛运动可看作水平方向的匀速直线运动以及竖直方向的自由落体运动的合运动.那么我们现在需要做的就是根据实验，判断平抛运动结论的合理性.在实验室，学生们也碰到了一些问题，但根据之前建构模型的理论和经验内容，也都顺利解决了.第一个问题是如何确定研究对象：用一个体积比较小的铁球来研究，判断其运动轨迹，可抽象为一个质点.第二个问题是如何保证“平抛”：在桌面上放置一个带有挡板的斜坡，让小球从斜坡上滚下，然后从桌边飞出，从离开桌面到落地的过程即为平抛运动.第三个问题是如何对影响因素进行取舍：小球在离开桌面到落地的过程中即为平抛运动，但除重力外，小球还受空气阻力；考虑到小球体积小，密度大，空气阻力可以忽略不计.实验结束后，大家将实验数据与公式

x=v0t、y=gt2/2进行对比，验证了平抛运动的合理性.

物理模型的建构并不是一蹴而就的，它需要我们在平时的教学中进行点滴渗透，借助物理问题不断培养学生的建模意识，提升学生的建模能力.当然，考虑到实际操作中的很多问题，在实际建模训练的过程中，还需要不断进行修正.因此，学生的动手实验也是极为重要的.教师需要给学生提供足够的平台，让他们能够动手操作，发现并解决问题.

综上所述，建构模型是物理学科中很重要的思想，更是优化学生思维，提升学生综合素养的重要途径.教师一定要注重对学生思维的培养，让他们从原型抽象、分析主次及实验对比等方面进行学习和应用.经过系统科学的训练，大家一定能够熟练掌握.