結合物理模型 進行物理教學

邢世友

摘要：物理模型是中學物理知識的載體，中學物理知識都是以物理模型為基礎建立的。在物理教學中，教師通過建立物理模型，讓學生理解什么是物理模型以及物理模型在教學中的作用與應用，從而使物理模型的功能充分發(fā)揮出來。

關鍵詞：物理教學；物理模型；作用；應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0061

物理學科的研究，以自然界物質的結構和最普遍的運動形式為內容。對于那些紛繁復雜事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，舍去那些次要的因素，形成一種經過抽象概括了的理想化的“典型”，在此基礎上研究“典型”，以發(fā)現其中的規(guī)律性，建立新的概念。這種以模型概括復雜事物的方法，是對復雜事物的合理簡化。而抽象概括和簡化的過程，也正是人腦對事物的思維加工過程。模型就是一種概括的反映，就是概念，亦即思維的形式。把握好物理模型的思維，是學生學習物理的困難所在之一。然而，在中學物理教學中，模型占有重要的地位。物理教學，首先是引導學生步入模型這個思維的大門，適應并掌握這種思維形式，具備掌握物理模型的思維能力。

那么，“物理模型”是什么？

物理學的目的就在于認識自然、把握自然。但是，自然界中任何事物與其他許多事物之間總是存在千絲萬縷的聯系，并處在不斷的變化中。面對復雜多變的自然界，人們在著手研究時，總是遵循這樣一條重要的方法論原則，即從簡到繁，先易后難，循序漸進，逐次深入。根據這條原則，人們在處理復雜問題時，總是試圖把復雜的問題分解成若干個比較簡單的問題逐個擊破，或者把復雜的問題轉化成比較簡單的問題。

基于這樣一個思維過程，人們就創(chuàng)建了“物理模型”。可見，物理模型是指物理學所分析的、研究的實際問題往往很復雜，為了便于著手分析與研究，物理學中常常采用“簡化”的方法，對實際問題進行科學抽象的處理，用一種能反映原物本質特性的理想物質（過程）或暇想結構描述實際的事物（過程）。這種理想物質（過程）或假想結構稱之為“物理模型”。

一、物理模型在教學中的作用

建立和正確使用物理模型可以提高學生理解和接受新知識的能力。例如，我們在運動學中建立了“質點”模型，學生對這一模型有了充分的認識和足夠的理解，為以后學習質點的運動、萬有引力定律、物體的平動和轉動，以及電學中的“點電荷”模型、光學中的“點光源”模型等奠定了良好的基礎，使學生學習這些新知識時容易理解和接受。

建立和正確使用物理模型有利于學生將復雜問題簡單化、明了化，使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明，突出了事物間的主要矛盾。

建立和正確使用物理模型對學生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用。可以把復雜隱含的問題化繁為簡、化難為易，起到事半功倍的效果。

二、中學常見的物理模型

1. 研究對象理想化的模型。例如，質點、剛體、薄透銳、理想氣體、恒壓電源等。

2. 運動變化過程理想化的模型。如“自由落體運動”“簡諧振動”“熱平衡方程”等，都是把復雜的運動過程理想化了的“物理模型”。

三、物理模型在教學中的應用

1. 建立模型概念，理解概念實質。概念是客觀事物的本質在人腦中的反映，客觀事物的本質屬性是抽象的、理性的。要想使客觀事物在人腦中有深刻的反映，必須將它與人腦中已有的事物聯系起來，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對象建立起來的。建立概念模型實際上是撇開與當前考查無關的因素以及對當前考查影響很小的次要因素，抓住主要因素，認清事物的本質，利用理想化的概念模型解決實際問題。如質點、剛體、理想氣體、點電荷等。學生在理解這些概念時，很難把握其實質，而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

2. 認清條件模型，突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理條件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中的主要因素，為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如，我們在研究兩個物體碰撞時，因作用時間很短，忽略了摩擦等阻力，認為系統(tǒng)的總動量保持不變。條件模型的建立，能使我們研究的問題得到很大的簡化。

3. 構造過程模型，建立物理圖景。過程模型就是將物理過程模型化，將一些復雜的物理過程經過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。例如，為了研究平拋物體的運動規(guī)律，我們先將問題簡化為下列兩個過程：第一，質點在水平方向不受外力，做勻速直線運動；第二，質點在豎直方向僅受重力作用，做自由落體運動。可見，過程模型的建立，不但可以使問題得到簡化，還可以加深學生對有關概念、規(guī)律的理解。

4. 轉換物理模型，深入理解模型。通過對理想化模型的研究，可以完全避開各種因素的干擾，在思維中直接與研究對象的本質接觸，能既快又準確地了解事物的性質和規(guī)律。例如，建立起“單擺”這一理想化模型后，理解了單擺的周期公式，可以解決類似于單擺的一系列問題：在豎直的光滑圓弧軌道內作小幅度滾動的小球的周期問題；在豎直的加速系統(tǒng)內擺動的小球的周期問題；在光滑斜面上擺動的小球的周期問題。

最后，在“物理模型”的建立和分析的教學過程中，要摸清學生各種錯誤的思維方法，及時予以糾正。例如，學生受了絕對化的片面思維方法的影響，不理解物理學中采用的理想化的思維方法，以及理想化不精確，脫離實際，有時對教師導出的某公式所采用的近似方法表示不可理解，在實際中追求百分之百的精確度。這里我們就要及時指出物理模型的特點和功能，使學生明確物理模型的科學性，明確物理模型的條件性。及時糾正這類學生的思維方法，這也是培養(yǎng)和鍛煉學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的好途徑。

總之，物理模型是培養(yǎng)學生創(chuàng)造性很好的素材，充分科學地利用活物理模型，給學生營造寬松的、充分體現以“學生為主”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、適合現代化建設的新的人才！

（作者單位：山東省濰坊市寒亭區(qū)第一中學 261100）