羅光榮

近年來高考內(nèi)容的改革，體現(xiàn)了對學(xué)生能力和素質(zhì)的考查。所以，對高中物理這門課程，重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，也體現(xiàn)在對學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)上。在教學(xué)過程中大多數(shù)研究的對象是一些物理模型，這些物理模型既源于實(shí)踐，而又高于實(shí)踐，在我們的生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域中帶有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。目前大多數(shù)高中學(xué)生普遍感覺高中物理難學(xué)，聽聽還懂，解決實(shí)際問題就困難。關(guān)鍵在于他們還是習(xí)慣于初中的那種形象思維方式，只會記概念、規(guī)律的靜態(tài)結(jié)論，而不重視得出結(jié)論的發(fā)展過程。只會模仿性地解決一些簡單的物理問題，而不善于通過觀察分析，提煉出現(xiàn)實(shí)情景的物理模型，爾后納入到相關(guān)的知識體系中去加以處理，最后得到問題的解決。針對高中物理自身特點(diǎn)、學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀及自己幾年來的教學(xué)實(shí)踐，我認(rèn)為運(yùn)用物理模型。解決物理實(shí)際問題在高中物理教學(xué)中至關(guān)重要。那么，怎樣構(gòu)建“物理模型”去培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力呢?我談?wù)勔韵聨讉€(gè)問題：

1什么是物理模型呢

為使物理問題研究變?yōu)榭赡芎秃喕覀兂２扇∠群雎阅承┐我蛩?，抓住主要因素，對?shí)際問題進(jìn)行科學(xué)的抽象，使問題理想化的方法，這就是構(gòu)建物理模型。即先構(gòu)建物理模型，然后在一定條件下，用于處理某些實(shí)際問題，這樣可使復(fù)雜問題簡單化，明了化，起到事半功倍的效果。

2構(gòu)建物理模型是科學(xué)理論的依據(jù)

縱觀物理學(xué)發(fā)展史，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是由于科學(xué)家們經(jīng)過大膽的猜想構(gòu)思，創(chuàng)建出科學(xué)的理想化的物理模型。并通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或?qū)嵺`驗(yàn)證，在模型與事實(shí)基礎(chǔ)很好吻合的前提下獲得的。

伽利略讓小球從彎曲的斜槽上自由下落，當(dāng)斜槽充分光滑時(shí)，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球?yàn)檫_(dá)到初始高度，將運(yùn)動很遠(yuǎn)。如果末端完全水平，小球?qū)⒁恢边\(yùn)動下去，永不停止。正因?yàn)橘だ詷?gòu)建了光滑這一理想化的模型，才有慣性定律的重大發(fā)現(xiàn)。

法拉第在1852年，對帶電體、磁體周圍空間存在的物質(zhì)，設(shè)想出電場線、磁場線一類力線的模型，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線分布形狀，從而建立了場的概念，對當(dāng)時(shí)的傳統(tǒng)觀念是一個(gè)重大的突破。

1905年愛因斯坦受醬朗克量子假設(shè)的啟發(fā)，大膽地建立了光子模型，并提出著名的愛因斯坦光電效應(yīng)方程，圓滿地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。

盧瑟福以特有的洞察力和直覺，抓住α粒子轟擊金箔有大角度偏轉(zhuǎn)這一反?，F(xiàn)象。從原子內(nèi)存在強(qiáng)電場的思想出發(fā)，于1911年構(gòu)思出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。

除了上述一些理想化模型外，在高中教材中有：(1)研究對象理想化的模型。例如質(zhì)點(diǎn)、彈簧振子、單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、絕緣體等。(2)運(yùn)動變化過程理想化的模型。如“勻速直線運(yùn)動”、“勻變速直線運(yùn)動”、“自由落體運(yùn)動”、“平拋運(yùn)動”、“簡諧振動”、“熱平衡方程”等，這些都是把復(fù)雜的運(yùn)動過程理想化了的“物理模型”。正是引入了這些理想化的物理模型，才得以使我們面對許多復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題，通過簡化處理能夠比較順利地予以解決。所以可以這么說，倘若離開了物理模型，不僅物理研究無法進(jìn)行，而且對物理學(xué)科的縱深發(fā)展必然會起阻礙束縛的作用。

3在教學(xué)過程中重視構(gòu)建物理模型的培養(yǎng)

(1)利用“物理模型”教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力是兩個(gè)不同的概念，有時(shí)意識比能力更重要。教師應(yīng)該把建立物理模型的這種創(chuàng)新的思路啟發(fā)地訴之于學(xué)生，這樣對學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)才是有益的。

(2)利用“物理模型”培養(yǎng)正確的思維方法，從而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。正確的思維方法是提高思維能力的基礎(chǔ)，良好的思維能力是創(chuàng)新能力的保證，只有正確的思維才談得上有良好的創(chuàng)新。但是由于年齡的關(guān)系，中學(xué)生一般只注意知識的學(xué)習(xí)，并不關(guān)心自己的思維方法是否正確，更不能自覺地糾正一些不正確的思維方法，這就影響了思維發(fā)展。因此。指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用正確的思維方法是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的首要任務(wù)?！拔锢砟Ｐ汀钡慕?，也是一種嚴(yán)密的正確的思維方法，其思維過程非常明顯，分析好每一個(gè)“物理模型”的建立思維很重要。以“質(zhì)點(diǎn)”這個(gè)物理模型為例，為什么要將物體簡化為質(zhì)點(diǎn)?什么物體可以簡化為質(zhì)點(diǎn)?質(zhì)點(diǎn)的概念很簡單。如果只教會學(xué)生質(zhì)點(diǎn)的概念，而沒有使學(xué)生明確這種建立物理模型的思維過程以及運(yùn)用物理模型建立概念的基本方法和思路，這將是教學(xué)上的一重大失誤!

分析好每一個(gè)“物理模型”的建立思維固然重要，但更重要的是引導(dǎo)學(xué)生去領(lǐng)悟這種思維過程，去品味這種思維過程。例如，在講“自由落體”時(shí)，就應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生去理解，為什么要把物體的下落運(yùn)動理想成“自由落體”?明確學(xué)習(xí)“自由落體”的真正的實(shí)際意義，經(jīng)過引導(dǎo)、啟發(fā)、分析，學(xué)生自然而然地就會領(lǐng)悟到其中的奧秘，從而培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。

每一個(gè)物理過程的處理，物理模型的建立，都離不開對物理問題的分析。教學(xué)中，通過對物理模型的設(shè)計(jì)思想及分析思路的教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)生對較復(fù)雜的物理問題進(jìn)行具體分析，區(qū)分主要因素和次要因素，抓住問題的本質(zhì)特征，正確運(yùn)用科學(xué)抽象思維的方法去處理物理問題，有助于學(xué)生思維品質(zhì)的提高，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的主渠道。

(3)中學(xué)物理教材中有許多物理知識比較抽象，學(xué)生往往不易理解和接受，并會因此而失去學(xué)習(xí)的信心。但如果借助“物理模型”教學(xué)，通過采用模型方法，突出物理問題的主干，疏通思路，幫助學(xué)生建立起清晰的物理圖象，使物理問題化難為易，化繁為簡，這樣不僅起到降低解題難度，增強(qiáng)學(xué)生解題的自信心的作用，同時(shí)還潛意識地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新和運(yùn)用能力。

我們可借助模型的建立，對同類、相似的問題進(jìn)行比較、概括、總結(jié)，使學(xué)生觸類旁通、舉一反三。例如，在“類平拋運(yùn)動”的問題中，我們把平拋運(yùn)動和帶電粒子垂直進(jìn)人勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動問題從初狀態(tài)、受力特點(diǎn)進(jìn)行比較、分析，找出它們的共性，建立“類平拋運(yùn)動”模型，從而得到解決此類問題的一般方法。

[例1]質(zhì)量為m，帶電量為+Q粒子，水平初速度為u，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場E中(如圖1所示)，討論以下幾種情況在一定時(shí)間后帶電粒子的運(yùn)動模型：

(1)當(dāng)電場強(qiáng)度為零時(shí)，粒子運(yùn)動情形。

(2)當(dāng)粒子重力忽略不計(jì)，勻強(qiáng)電場為E時(shí)，帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動情形。

(3)當(dāng)粒子重力等于電場力時(shí)，粒子的運(yùn)動情形。

(4)當(dāng)粒子重力不等于電場力時(shí)，粒子的運(yùn)動情形。

[解題思路]建立直角坐標(biāo)系，選水平運(yùn)動方向?yàn)閤軸，豎直向上方向?yàn)閥軸，利用兩個(gè)方向上的運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動的合成定則求得以下幾種情況的結(jié)果。

(1)當(dāng)E=0時(shí)，只受豎直向下的重力作用，純屬平拋運(yùn)動。

(2)當(dāng)G=0時(shí)，只受豎直向上的電場力作用，屬“類平拋運(yùn)動”的模型。

(3)當(dāng)電場力F等于重力G時(shí)，屬勻速直線運(yùn)動的模型。

(4)當(dāng)F不等于G時(shí)，但合力恒定不變，有二種情況，一是合力向上，二是合力向下，屬“類平拋運(yùn)動”的情況。

創(chuàng)設(shè)物理情景進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，培養(yǎng)發(fā)散思維能力。發(fā)散思維即采用不同的方法，從事物的不同角度、不同側(cè)面、不同層面，多角度、多層次地觀察、思考解決問題的思維方式。在解題訓(xùn)練中通過創(chuàng)設(shè)物理情景進(jìn)行物理模型轉(zhuǎn)換。

[例2]如圖2所示。一條長為L的細(xì)線，上端固定，下端拴一個(gè)質(zhì)量為m的帶電小球，將它置于勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度大小為E，方向是水平的，已知當(dāng)細(xì)線離開豎直位置的偏角為α?xí)r，小球處于平衡位置。

求：(1)小球帶何種電荷?求出小球所帶電量。(2)如果使細(xì)線的偏角由α增大到β，然后將小球由靜止開始釋放，則β應(yīng)為多大才能使細(xì)線到達(dá)豎直位置時(shí)小球的速度剛好為零?

[解題思路]問題(1)根據(jù)題設(shè)條件小球在B點(diǎn)處于平衡條件，對小球進(jìn)行受力分析。小球受重力，細(xì)線的拉力和電場力，在三個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài)，據(jù)平衡條件合外力為零，求解電場力和電量[略]。問題(2)常規(guī)解法是根據(jù)受力特點(diǎn)，對整個(gè)過程應(yīng)用功和能關(guān)系及三角知識得出。

實(shí)際上，由于學(xué)生利用數(shù)學(xué)解題能力的局限。得到正確的答案有一定困難，而由分析可知：小球處于重力場和電場中，受到恒定的電場力和重力的作用，其合力也是恒力，且方向也恒定不變。因此，若把電場模型等效轉(zhuǎn)換為“重力場”模型。則得出小球?qū)⒃凇暗刃е亓Α焙屠作用下沿圓弧擺動，B點(diǎn)為平衡位置，根據(jù)單擺振動特點(diǎn)則可得出正確的解答。

所以，在中學(xué)物理教學(xué)中，循序漸進(jìn)地啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生，合理建立、應(yīng)用物理模型，處理比較復(fù)雜的物理問題，熟悉并掌握這種科學(xué)研究的思維方法，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，不但能使學(xué)生加深對物理概念和規(guī)律的理解，提高解題技巧，舉一反三，觸類旁通，化繁為簡，而且對開發(fā)學(xué)生智力，發(fā)展創(chuàng)造性思維，將起到積極的作用。

綜上所述，物理模型是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的很好素材，充分科學(xué)地用足用活物理模型，給學(xué)生營造一個(gè)寬松的充分體現(xiàn)以“學(xué)生為主”的課堂環(huán)境，我們就一定能培養(yǎng)出一代具有創(chuàng)新能力的適合現(xiàn)代化建設(shè)的新的人材!