浅谈模型构建在初中物理教学中的运用

2022-08-09栾美林

初中生世界 2022年28期

栾美林

随着新课改的深入，初中物理教学的改革工作已全面展开，教学方法也发生了变化。物理教学对学生的思维能力和创造能力提出了较高的要求，而模型构建能够将物理中抽象的概念具体化，复杂的知识简单化，有利于培养学生的物理素养。下面，笔者从巧用数学知识建模、构建物理知识模型、链接生活元素建模三个方面，探究模型构建在物理教学中的运用。

一、建立数学模型，演绎物理定律

数学知识是研究物理的重要工具，物理学中的一些理论离不开数学知识的运用。笔者通过运用抽象思维的方法，将相关物理量的关系具体化，经过数学推导，归纳演绎物理定律。

例如，如图1，R1是定值电阻，R2是滑动变阻器，当滑片P从最左端向右滑动时，讨论滑动变阻器电功率的变化情况。

图1

这里的难点是寻找滑动变阻器电功率的最大值。教师可以先根据滑动变阻器的功率表达式得到P2=U2I=（U-U1）I=（U-IR1）I=-R1I2+UI，再引导学生利用二次函数y=ax2+bx+c分析，其中，a=-R1，b=U，c=0，当时，P2有最大值。因为，所以2R1=R1+R2，即R1=R2。所以当R2=R1时，滑动变阻器电功率有最大值。

在没有复杂计算的情况下，教师可以引导学生建立数学模型解决此类问题，激发学生学习兴趣，提高学生课堂效率，培养学生逻辑思维能力。

二、针对物理现象，建立物理模型

物理知识相对抽象，对学生的思维能力要求较高。教师可以通过系统化和科学化的方式，将物理知识进行归纳、概括、提炼，实现知识的模型化。

例如，小球从蹦床上方O点由静止自由下落（如图2），途经A、B、C三点，其中A点在蹦床自由状态的位置，C点是小球能到达的最低的位置，B点是小球最后静止在蹦床上的位置。求小球从O点到C点过程的受力分析。

图2

在分析时，教师需要提醒学生，在不同时间段，小球的受力情况不同。如，小球在下降的过程中，在OA段，只受到重力作用，所以向下做加速运动；因为蹦床给小球的弹力随弹性形变的增大而增大，所以，在AB段，小球受到的重力比弹力大，故小球向下做加速运动；BC段，小球受到的重力小于弹力，所以小球向下做减速运动。B点位置是小球最后静止的位置，所以受到的重力和蹦床给它向上的弹力是一对平衡力，大小相等，即小球在下落的过程中，B点位置速度最大。

如体育比赛的“鞍马”项目中，运动员上“马”前要踩的踏板；再如，富有刺激性的勇敢者的运动项目——“蹦极”。每一种物理现象都对应着一定的物理模型。在解决物理问题的时候，教师可以通过简化物理现象，建立物理模型，抓住物理现象的本质，通过类比、等效的方法，引导学生处理同类问题。

三、类比生活现象，深化知识理解

物理来源于生活。对于一些抽象的物理知识，教师可以借助生活中的常见现象，运用物理模型，加深学生对物理问题、物理现象的理解，引导学生准确把握物理规律，促进学生解决问题。

例如，学生在刚开始学习电路时，对于如何实现从电路图到实物图和从实物图到电路图的转换感到困惑。因此，教师可以将电流的路径类比成水的路径，便于学生理解。如，水从主干道①的位置进入支流，再从②的位置汇聚到主干道（如图3）。学生对电路图进行分析时，只要找到图中①和②的位置进行建模，就可以抓住解决问题的关键。

图3

教师引导学生画出电路图，再根据电路图明确①和②的位置以及两条支路上的元件，按要求连接电线，这样就能顺利地从电路图转换成实物图，大大提高正确率。

从实物图到电路图，也是先找到两个特殊的点。需要注意的是，一个接线柱接多根导线的地方就是这样的特殊点。例如，如图4的A、B两点，电流从正极出发，经过B点后进入支路（图中的B点就是要找的①的位置），两条支路上分别有L2、S 和L1，然后汇聚进入干路（图中的A点就是要找的②的位置），最后回到电源负极。学生明确了①和②的位置以及两条支路上的元件，即可画出正确的电路图（如图5）。