物理模型在教學中的應用

張玉明

摘要：物理模型的建立是創造性的過程，對物理模型的認識和理解既是培養思維能力的過程，也是培養創造性的過程。教師應該充分地利用物理模型，給學生營造寬松的課堂環境，從而培養出具有創新能力的學生。

關鍵詞：物理模型；特點；應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2018）03-0069

一、什么是物理模型

通過學習物理，學生可以認識我們所處的自然環境。但是，自然界中任何事物與其他許多事物之間總是存在著千絲萬縷的聯系，并處在不斷的變化之中。這種事物之間復雜的相互聯系，一方面反映了必然聯系的規律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產生了復雜性。人們在處理復雜的問題時，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成比較簡單的問題。

基于這樣的一個思維過程，人們就創建了“物理模型”。可見，物理模型是指對物理學所分析的、研究的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狀態或過程。“物理模型”的建立，是人們認識和把握自然的一個典范，是先人的一種創舉。“物理模型”的建立是創造性過程，對物理模型的認識和理解既是培養思維能力的過程，也是培養創造性的過程。

二、物理模型的特點

1. 物理模型是抽象性和形象性的統一。物理模型的建立是舍棄次要因素，把握主要因素，化復雜為簡單，完成由現象到本質、由具體到抽象的過程，而模型的本身又具有直觀形象的特點。

2. 物理模型是科學性和假定性的辯證統一，物理模型不僅再現了過去已經感知過的直觀形象，而且要以先前獲得的科學知識為依據，經過一系列邏輯上的嚴格論證，所以具有深刻的理論基礎，即具有一定的科學性。理想模型來源于現實，又高于現實，是抽象思維的結果，所以又具有一定的假定性，只有經過實驗證實了以后才被認可，才有可能發展為理論。

三、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。

四、物理模型在教學中的應用

1. 建立模型概念，可以使實際問題大為簡化，從中較為方便地得出物體運動的基本規律。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察無關的因素以及對當前考察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、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，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，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、規律的理解，有利于培養學生思維的靈活性。

4. 轉換物理模型。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；在電場中擺動的小球的周期問題等。

五、物理模型在教學中的意義

每一個物理過程的處理，物理模型的建立，都離不開對物理問題的分析。教學中，通過對物理模型的設計思想及分析思路的教學，能培養學生對較復雜的物理問題進行具體分析，區分主要因素和次要因素，抓住問題的本質特征，正確運用科學抽象思維的方法去處理物理問題的能力。通過分析每一個“物理模型”的建立思維，逐步引導學生去領悟、去品味這種思維過程，這將有助于學生思維品質的提高，有助于培養學生的創新思維。

不過還應該注意的是，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，學生受到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，以為理想化不精確，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，在實驗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，并指出對模型討論的結果稍加修正，即可用于實際事物的分析和研究：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，這也是培養和鍛煉創新思維和創新能力的好途徑。

總之，物理模型是培養學生思維的很好素材，充分科學地用足用活物理模型，給學生營造寬松的充分體現以“學生為主”的課堂環境，我們就一定能培養出具有創新能力的人材！

（作者單位：山東省濰坊市寒亭一中 261100）