物理結構模型

2022-09-19 18:51:06 字數 1032 閱讀 8107

史獻計:物理模型建構的心理過程分析

從技術應用角度來看, 物理模型建構就是用物理的語言和方法,通過對實際問題的抽象、假設、簡化、建立能刻畫並能解決實際問題的時空關係,然後,對模型求解,對求解結果進行解釋、分析、驗證、修改,最終得出結論。因此,物理模型構建的過程是乙個複雜的系統工程,有時經驗、想象力、洞察判斷力以及直覺、靈感等起的作用往往比一些具體的物理知識所起作用還要大。因此,人們無法給出若干條普遍使用的建模的準則和技巧。

下面我們僅從心理角度考慮,就中學物理教學過程,對中學生物理模型建構的心理過程進行分析與討論。

1  對問題的感知階段

建構物理模型是從對物理問題的感知開始的, 這個階段是對實際問題的正確理解階段。必須了解問題的實際背景,仔細檢查問題的各個組成部分,明確構建物理模型的目的,蒐集構建物理模型所必需的各種資訊。為了抓住影響問題的主要因素,對問題有更直觀的理解,應在重新表達問題上下功夫,使我們所面臨的問題形象化,將抽象的語言表述轉化為形象的圖形、圖表、影象等。

對物理問題感知的形象化方法, 人們常用的表達方式是作出物理影象。 關於物理條件、狀態、過程的函式影象。

例1 某人以接近於地面豎直向上朝天連續開槍,子彈出槍口的速度為30 m/s,每隔1s 發射一顆子彈, 假設發射子彈在空中不發生碰撞, 試問對於任意一顆子彈,在空中可遇到多少顆子彈從它旁邊擦過?(不計空氣阻力,g 取10 m/s2)

對這個問題認識, 首先建立起的運動模型是豎直上拋運動,相遇的條件模型是每顆子彈相對的地面的位移相同。 如果從數學模型角度去構建解題的模型是正確的,也是常規的思維方法。 如果從形象化的角度去感知這個問題,我們建立起關於豎直上拋物體的位移隨時間變化的影象,應該是開口向下的拋物線。

而兩條圖線的交點表示兩顆子彈相遇。 為此我們作出圖1 所示位移-時間(s -t) 影象(圖上數字表示發射的子彈序號),不難從中找出每一顆子彈在空中遇到幾顆子彈。 如表1 的所示。

圖1  從圖上兩條曲線交點我們可以數出交點, 從而找出每顆子彈在空中能夠遇到的子彈的顆數。 從圖表可知,第6 顆及其以後其他發射的子彈在空中都能遇到10 顆子彈。 從這個過程來看,感知問題的形象化,在開拓思維的有效性和創造性有著特殊的作用。表1

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