淺議物理模型在教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：新時(shí)期的教師應(yīng)該結(jié)合創(chuàng)新教育的精神，在物理教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文論述了物理模型教學(xué)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，中學(xué)物理模型特點(diǎn)、主要功能，物理模型在教學(xué)中的作用，中學(xué)物理中常見的物理模型，物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：物理模型 物理模型教學(xué)

物理模型是指：物理學(xué)所分析的、研究的實(shí)際問(wèn)題往往很復(fù)雜，為了便于著手分析與研究，物理學(xué)中常常采用“簡(jiǎn)化”的方法，對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理，用一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)（過(guò)程）或暇想結(jié)構(gòu)，去描述實(shí)際的事物（過(guò)程）。這種理想物質(zhì)（過(guò)程）或假想結(jié)構(gòu)稱之為“物理模型”。新時(shí)期的教師應(yīng)該結(jié)合創(chuàng)新教育的精神，在物理教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。下面筆者闡述一下物理模型教學(xué)的幾點(diǎn)看法。

一、中學(xué)物理模型特點(diǎn)及主要功能

1.物理模型的特點(diǎn)

1）物理模型是抽象性和形象性的統(tǒng)一。物理模型的建立是舍棄次要因素，把握主要因素，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，完成由現(xiàn)象到本質(zhì)、由具體到抽象的過(guò)程，而模型的本身又具有直觀形象的特點(diǎn)。

2）物理模型是科學(xué)性和假定性的辯證統(tǒng)一。物理模型不僅再現(xiàn)了過(guò)去已經(jīng)感知過(guò)的直觀形象，而且以先前獲得的科學(xué)知識(shí)為依據(jù)，經(jīng)過(guò)判斷、推理等一系列邏輯上的嚴(yán)格論證，所以具有深刻的理論基礎(chǔ)，即具有一定的科學(xué)性。理想模型來(lái)源于現(xiàn)實(shí)，又高于現(xiàn)實(shí)，是抽象思維的結(jié)果，所以又具有一定的假定性，只有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了以后才被認(rèn)可，才有可能發(fā)展為理論。

2.物理模型的主要功能

1）可以使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化，從中較為方便地得出物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。

2）可以對(duì)模型討論的結(jié)果稍加修正，即可用于實(shí)際事物的分析和研究。

3）有助于對(duì)客觀物理世界的真實(shí)認(rèn)識(shí)，達(dá)到認(rèn)識(shí)世界，改造世界，為人類服務(wù)的目的。

二、物理模型對(duì)教學(xué)的促進(jìn)作用

建立和正確使用物理模型可以提高學(xué)生理解和接受新知識(shí)的能力。例如，我們?cè)谶\(yùn)動(dòng)學(xué)中建立了“質(zhì)點(diǎn)”模型，

學(xué)生對(duì)這一模型有了充分的認(rèn)識(shí)和足夠的理解，為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律、物體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，以及電學(xué)中的“點(diǎn)電荷”模型、光學(xué)中的“點(diǎn)光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)，使學(xué)生學(xué)習(xí)這些新知識(shí)時(shí)容易理解和接受。

建立和正確使用物理模型有利于學(xué)生將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、明了化，使抽象的物理問(wèn)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(duì)學(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高有著重要的作用，可以把復(fù)雜隱含的問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)、化難為易，起到事半功倍的效果。

三、中學(xué)物理中常見的物理模型

物理模型是物理思想的產(chǎn)物，是科學(xué)地進(jìn)行物理思維并從事物理研究的一種方法。中學(xué)物理中常見的物理模型可歸納如下：

1.物理對(duì)象模型化。

物理中的某些客觀實(shí)體，如質(zhì)點(diǎn)，舍去物體的形狀、大小、轉(zhuǎn)動(dòng)等性能，突出它所處的位置和質(zhì)量的特性，用一有質(zhì)量的點(diǎn)來(lái)描繪，這是對(duì)實(shí)際物體的簡(jiǎn)化。當(dāng)物體本身的大小在所研究的問(wèn)題中可以忽略，也能當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理。類似質(zhì)點(diǎn)的客觀實(shí)體還有剛體、點(diǎn)電荷、薄透鏡、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想電流表、理想電壓表等等。

2.物體所處的條件模型化。

當(dāng)研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因粒子所受的重力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力，可以舍去重力的作用，使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。力學(xué)中的光滑面，熱學(xué)中的絕熱容器，電學(xué)中的勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等等，都是把物體所處的條件理想化了。

3.物理狀態(tài)和物理過(guò)程的模型化。

例如，力學(xué)中的自由落體運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞，電學(xué)中的穩(wěn)恒電流、等幅振蕩，熱學(xué)中的等溫變化、等容變化、等壓變化等等都是物理過(guò)程和物理狀態(tài)的模型化。

4.理想化實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯推理法則，對(duì)過(guò)程進(jìn)一步分析、推理，找出其規(guī)律。例如，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

5.物理中的數(shù)學(xué)模型。

客觀世界的一切規(guī)律原則上都可以在數(shù)學(xué)中找到它們的表現(xiàn)形式。在建造物理模型的同時(shí)，也在不斷地建造表現(xiàn)物理狀態(tài)及物理過(guò)程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。例如，在研究外力一定時(shí)加速度和質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為小車受到的拉力等于砂和砂桶的重力，其實(shí)，小車受到的拉力不正好等于砂和砂桶的總重力，只有砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量時(shí)，才可近似地取砂和砂桶的總重力為小車所受的拉力，這是我們采取簡(jiǎn)化計(jì)算的一種數(shù)學(xué)模型。

四、物理模型在教學(xué)中的運(yùn)用

1.建立模型概念，理解概念實(shí)質(zhì)。

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(lián)系起來(lái)，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對(duì)象建立起來(lái)的。建立概念模型實(shí)際上是撇開與當(dāng)前考察無(wú)關(guān)的因素以及對(duì)當(dāng)前考察影響很小的次要因素，抓住主要因素，認(rèn)清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型解決實(shí)際問(wèn)題。如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、點(diǎn)電荷等等。學(xué)生在理解這些概念時(shí)，很難把握其實(shí)質(zhì)，而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

2.認(rèn)清條件模型，突出主要矛盾。

條件模型就是將已知的物理?xiàng)l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(wèn)題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如，我們?cè)谘芯績(jī)蓚€(gè)物體碰撞時(shí)，因作用時(shí)間很短，忽略了摩擦等阻力，認(rèn)為系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。條件模型的建立，能使我們研究的問(wèn)題得到很大的簡(jiǎn)化。

3.構(gòu)造過(guò)程模型，建立物理圖景。

過(guò)程模型就是將物理過(guò)程模型化，將一些復(fù)雜的物理過(guò)程經(jīng)過(guò)分解、簡(jiǎn)化、抽象為簡(jiǎn)單的、易于理解的物理過(guò)程。例如，為了研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們先將問(wèn)題簡(jiǎn)化為下列兩個(gè)過(guò)程：第一，質(zhì)點(diǎn)在水平方向不受外力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；第二，質(zhì)點(diǎn)在豎直方向僅受重力作用，做自由落體運(yùn)動(dòng)。可見，過(guò)程模型的建立，不但可以使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，還可以加深學(xué)生對(duì)有關(guān)概念、規(guī)律的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

4.轉(zhuǎn)換物理模型，深入理解模型。

通過(guò)對(duì)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(duì)象的本質(zhì)接觸，能既快又準(zhǔn)確地了解事物的性質(zhì)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(wèn)題：在豎直的光滑圓弧軌道內(nèi)作小幅度滾動(dòng)的小球的周期問(wèn)題，在豎直的加速系統(tǒng)內(nèi)擺動(dòng)的小球的周期問(wèn)題。