楊明

物理建模教學(xué)是物理教學(xué)中一種重要且不可缺少的方法，在靜電場的教學(xué)中，建模教學(xué)能夠幫助學(xué)生更好地思考問題、解決問題，形成一定的物理邏輯思維和解決實(shí)際問題的能力。高二的物理學(xué)習(xí)是學(xué)生高中學(xué)習(xí)的分水嶺，有的學(xué)生在高一的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)成績從此突飛猛進(jìn);有的學(xué)生雖然高一學(xué)習(xí)成績突出，但是到了高二就沒有了學(xué)習(xí)的勁頭。這在很大程度上是因?yàn)槲锢韺W(xué)科在高二階段進(jìn)入了電學(xué)的學(xué)習(xí)，與高一的力學(xué)相比有一定難度。既有力學(xué)的受力分析、圖像分析、能量分析，又綜合了抽象的電學(xué)的基礎(chǔ)知識。我在教學(xué)中很大程度上依賴于幫助學(xué)生建立物理模型，形成一定的解題思路去解決問題。

一、物理建模

（一）物理模型

有關(guān)于物理模型的定義在不同環(huán)境中的含義不同。在本文指在教學(xué)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些有典型性特點(diǎn)的概念模型、邏輯模型。

（二）物理建模

物理建模在本文中是指在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中通過對物理模型的認(rèn)識，能夠在解決問題時(shí)形成對物理模型的辨識和應(yīng)用，在應(yīng)用過程中就形成對不同問題建立需要的物理模型的能力，即物理建模。

二、在靜電場中的物理模型

（一）概念模型

1.典型電荷電場模型。

例如點(diǎn)電荷形成的電場是最簡單也是最常用的基本模型。對正點(diǎn)電荷和負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場的認(rèn)識，有助于學(xué)生對電場線的特點(diǎn)、真空點(diǎn)電荷的場強(qiáng)的求法、場強(qiáng)的疊加等問題有形象、深入的理解。

2.電容器模型。

（1）電容器充放電的過程。這一過程是對電容器電荷量變化的理解，電荷量增加是充電過程，電荷量減少是放電過程，并理解電流的方向。

（2）電容器的兩個(gè)公式和動(dòng)態(tài)分析。電容器的兩個(gè)基本公式是比值定義式和決定式，并在此基礎(chǔ)上形成了對平行板電容器動(dòng)態(tài)分析的理解。

（二）邏輯模型

1.電勢、距離圖像和力、電荷量圖像。在高一時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)過位移——時(shí)間圖像、速度——時(shí)間圖像，在此基礎(chǔ)上學(xué)生認(rèn)識電勢、距離圖像和力、電荷量圖像，讓學(xué)生理解橫縱坐標(biāo)的含義，斜率的含義。通過對斜率的認(rèn)識，形成學(xué)生的解題思路，聯(lián)想熟悉的電場線模型。

2.加速電場、偏轉(zhuǎn)電場模型。在加速電場中是學(xué)生對動(dòng)能定理的熟練應(yīng)用。在偏轉(zhuǎn)電場中是學(xué)生對平拋問題的熟練應(yīng)用（類平拋問題）。

三、物理建模

在教學(xué)中的物理建模主要是指對已學(xué)的物理模型的應(yīng)用，和在已學(xué)模型的基礎(chǔ)上的發(fā)展應(yīng)用。

（一）概念模型的物理建模

以點(diǎn)電荷電場這種基本概念模型為例，在解題時(shí)，學(xué)生常會遇到非直接詢問點(diǎn)電荷電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)，而是幾個(gè)場源形成的電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)。這時(shí)，就要引導(dǎo)學(xué)生思考問題，“我們學(xué)習(xí)過哪個(gè)與此類似的問題？怎么解決的？”學(xué)生在思考解決方法的同時(shí)，也是建立自己的物理模型的過程。如下題：

如圖所示，在一條直線上有兩個(gè)相距0.4 m的點(diǎn)電荷A、B，A帶電荷量+Q，B帶電荷量-9Q，現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C，恰好使三個(gè)點(diǎn)電荷處于平衡狀態(tài)，問：C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷？應(yīng)放于何處？所帶電荷量為多少？

這是一個(gè)電學(xué)和力學(xué)的綜合問題。如果學(xué)生一眼能夠看出是對將要放入其中的電荷受力分析求解的受力平衡問題，并利用真空點(diǎn)電荷的求解方法，就會很容易解題。這個(gè)解題過程就是一個(gè)對受力分析過程的邏輯模型和真空點(diǎn)電荷電場的概念模型的綜合，學(xué)生解決問題時(shí)就是一個(gè)物理建模的過程。

（二）邏輯模型的基本建模

在電學(xué)中關(guān)于電勢、電勢能的學(xué)習(xí)是一個(gè)難點(diǎn)，很多學(xué)生被它復(fù)雜凌亂的知識點(diǎn)和解題方法搞得無所適從。如果再將能的性質(zhì)與場強(qiáng)這個(gè)力的性質(zhì)結(jié)合在一起，就顯得更難了，但實(shí)際上在試卷中，如果把握好物理建模的思想，解決這部分的題并不是很難。

例如：圖中的實(shí)線表示電場線，虛線表示只受電場力作用的帶正電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，粒子先經(jīng)過M點(diǎn)，再經(jīng)過N點(diǎn)，可以判定（）。

A.M點(diǎn)的電勢大于N點(diǎn)的電勢

B.M點(diǎn)的電勢小于N點(diǎn)的電勢

C.粒子在M點(diǎn)受到的電場力大于在N點(diǎn)受到的電場力

D.粒子在M點(diǎn)受到的電場力小于在N點(diǎn)受到的電場力

這類問題，如果學(xué)生能夠通過審題明白題中的曲線軌跡是受力方向模型，電場線是電勢高低的模型應(yīng)用，那么這個(gè)力學(xué)與電學(xué)的綜合題就一下子突破了。如果題中問的稍復(fù)雜一些，考慮到能量守恒和做功，我們還可以引導(dǎo)學(xué)生思考動(dòng)能和電勢能的轉(zhuǎn)化問題。從這道題還可以明確電勢能高的地方場強(qiáng)不一定大，以及電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系問題。學(xué)生熟悉一系列小的基本模型，那么在解題的時(shí)候能夠準(zhǔn)確識別或者建立模型，達(dá)到事半功倍的效果。

四、從高考題看物理建模的必要性

如果學(xué)生在學(xué)習(xí)物理學(xué)的過程中掌握了物理建模的思想，那么對解決高考題會有化繁為簡的效果，有的題在思路上簡化，有的是在解題方法上簡化。

物理學(xué)是建立學(xué)生思維的學(xué)科，它的考題也是建立在考查學(xué)生思維的基礎(chǔ)上的。只有培養(yǎng)好學(xué)生的邏輯思維能力，尤其是識別、建立物理模型的能力，學(xué)生才能很好地建立起學(xué)習(xí)物理的自信和興趣。在不斷形成物理建模能力的同時(shí)，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)物理學(xué)科的“對稱美”“結(jié)構(gòu)美”，還能夠在復(fù)雜的問題中找到熟悉的內(nèi)容，達(dá)到復(fù)雜問題簡單化的目的，并且學(xué)生能夠在此過程中培養(yǎng)興趣與愛好，形成良好的思維能力。

五、結(jié)語

通過以上分析，我們發(fā)現(xiàn)如果學(xué)生能夠很好地熟悉物理學(xué)中的基本模型，并能夠形成物理建模這種解題思路，形成物理思維，對培養(yǎng)能力、發(fā)展興趣都有著重大的作用。我認(rèn)為物理學(xué)就是用物理的科學(xué)的語言去描述生活中的現(xiàn)象，用物理語言的描述要比用普通的生活語言更精確。學(xué)生如果形成了這種透過題目文字表述的現(xiàn)象，抓住題目包含的基本模型的本質(zhì)的能力，那么也必定會對其以后的生活產(chǎn)生重要的影響。可以說物理學(xué)是一門自然科學(xué)，它所包含的思想同樣適用于我們的生活，有助于我們對人文學(xué)科的認(rèn)識。

（責(zé)編 ?侯 芳）