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探讨教学模型在物理教学中如何培养学生的“物理模型转换”能力

发布时间:2012年05月11日    点击数:

一、  由物体的受力和初始运动状态的类似性构建物理教学模型


 事物之间是既有联系又有区别的,有些物理题,物理情景看似相似,实则不同;而有些看似不同,实质相似。因此,在解物理题时,要养成先抓住题目的本质特征(物理性质和物理过程),然后运用相应的物理模型进行等效转换,建立物理方程。


 转换分析:一个物体做什么形式的运动、有机玻璃加工遵循什么规律都是由物体的受力和初始运动状态决定的。因此,我们在解题时就可以根据其受力和初始运动状态构建相应的物理模型,再由其类似性物理模型进行等效转换。如当物体所受合外力为零时,初始速度为零,则物体处于静止状态,初始速度不为零时,物体做匀速运动;当物体所受外力不为零且合外力恒定时,初速度方向与合外力方向平行,物体做匀变速直线运动,初速度方向与外力方向不平行,物体做曲线运动;当物体所受合外力的大小不变、方向始终与速度方向垂直时,物体做匀速圆周运动等等。不同的运动形式由其受力和初始的运动状态建立相应的基本物理模型。


  掌握了一种模型(如单摆)的受力和初始运动状态的特征,就可以灵活运用这种模型进行转换。再例如摆球在水平或竖直方向的电场中的受力情况与单摆在重力场中的受力和运动情况十分类似,如图4所示,只是将重力改换为重力和电场力的合力,当摆角小于5°时,受到重力和电场力的合力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力作用下作简谐振动,于是就可以转换为类单摆的模型来研究。


 同样,带电粒子以一定的初速度沿垂直于电场方向进入电场的运动,由于带电粒子所受的电场力的方向与初速度方向垂直,与只受重力作用以一定的水平速度抛出的物体的运动相类似,其运动规律与平抛运动模型相同,故被称之为类平抛运动,或抛体运动。


 因此,要合理地进行物理模型转换,还必须在头脑中逐渐建立起足够多的物理模型,形成“模型知识块”,并通过一些典型模型的受力和初始状态的分析、处理、总结、归纳,理清相关物理量间的关系,为运用模型转换打下坚实的基础。


二、  抓住过程分析,把复杂问题转化为基本模型的组合 ----教学模型


 一个复杂的问题都是由若干种简单的物理模型叠加而成的。因此我们可以根据其运动过程中的受力和初始运动状态的特点,对物理过程进行分析,用一种或几种简单的物理模型灵活地分解一种复杂的物理情景,化整为零,合理地进行物理模型转换。


 转换分析:此题物理情景的描述本身就运用了物理模型变换思想,即把原子核物理中“双电荷交换反应”变换成比较复杂的力学物理模型。学生在解题中犯种种错误,往往是因为被题目中复杂的物理过程所迷惑,不能建立相应的正确的物理模型。因此,在认真审题的基础上,明确题目涉及的物理过程,运用把复杂问题转化成简单物理模型的组合思维方法,从而建立相应的、清晰的物理模型,这是正确解题的基础。仔细分析此题的运动过程,我们可以把此题分解成以下几种物理模型:


三、  创设物理情景进行模型转换,培养发散思维能力


 发散思维即采用不同的方法,从事物的不同角度、不同侧面、不同层面,多角度、多层次地观察、思考解决问题的思维方式。在解题训练中通过创设物理情景进行物理模型转换,多角度、多方位,全面地看问题,从而培养学生的发散思维能力,提高学生的综合能力和素质。


 转换分析:小球在竖直圆筒内的运动比较复杂。但根据其受力和初始运动状态特点,竖直方向受到重力作用,水平方向 受到竖直圆筒内壁的支持力作用,初始运动方向沿圆筒壁的切线方向。一般解法是建立以下物理模型:(1)竖直方向的自由落体运动模型,(2)水平方向匀速圆周运动模型。再利用两方向上的等时性建立联系方程。


    物理教学模型转换的方法很多,但从上述几种不难看出模型转换它不仅为我们提供了一种解题的方法和思路,而且也为我们培养学生的创造性思维提供了一条有效的途径,在进行模型转换的训练中,或是创设了全新的物理情景,或是变换了思维角度,分解了物理过程,这种创造性思维的培养训练,必然对学生创造性思维能力的发展大有裨益。

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