論物理模型在中學物理教學中的運用

任何物理模型都是采用理想化方法，通過對原型客體(具體事物)在一定條件下的合理近似而抽象出同類原型客體的共同性而建立的。它是一個主觀抽象和客觀具體的辯證統一體，具有理想性和客觀性、抽象性和可變性。由此決定了建立和應用物理模型的心理機構是想象和遷移，并需要較高層次的抽象思維、邏輯推演和類比聯想能力與之對應。中學生的物理思維尚未達到高級和定型階段，抽象思維正處在比較低的階段。需要和現實間的落差決定了物理模型教學是物理教學難關之一，物理模型知識的分化和多樣性也在客觀上造成了模型教學的困難。物理學是一門研究物質最普遍、最基本的運動形式的自然科學。而所有的自然現象都不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯系反映了必然聯系的規律性，同時又存在著許多偶然性，給我們的研究增加了復雜性。為了使研究變為可能和簡化，我們常采取先忽略某些次要因素，把問題理想化的方法，如引入勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動和簡諧運動等理想化的運動。這就是先建立物理模型，然后在一定條件下，用于處理某些實際問題。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)或假想結構，去描述實際的事物(過程)。這種理想物質(過程)或假想結構稱之為“物理模型”。下面筆者結合高中物理教學，就此談些體會和看法。

一、物理模型在中學物理教學中的作用

教師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，筆者在運動學教學中建立了“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。

教師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，突出事物間的主要矛盾。

教師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。

二、物理教學中利用物理模型實施創新教育

教師首先要轉變教育觀念。教師應該認識到，教育不應該僅僅是訓練和灌輸的工具，而應該是發展認知的手段。素質教育的實施，將徹底改變以往的封閉式教學，教師和學生的積極性都將得到極大的尊重。由于學生的積極參與，每個學生的創造性都受到重視，指令性和專斷的師生關系將難以維系。教師的權威將不再建立在學生的被動與無知的基礎上，而是建立在教師借助學生的積極參與以促進其充分發展的能力之上。一個有創造性的教師應能幫助學生在自學的道路上迅速前進，教會學生怎樣“對付”大量的信息，他更多的是一個向導和顧問，而不是機械傳遞知識的簡單工具。在創新教育體系中，師生關系將進一步朝著“教學相長”的方向轉變和深化。要培養學生的創新能力，教師還要明白“教”的真正意義。“教”不同于“訓練”，教師如果把“教”混同于“訓練”，就會強迫學生去全盤接受所教的內容，就會自覺不自覺地使學生按照別人的模式、計劃和步驟去達到他人設計的目標，這就剝奪了本屬于學生自己的自由發展和思考的權利。

其次，教師要理解“創新能力只能培養，不能教”。創新能力是培養出來的，它需要的只是一種友好的、和諧的生長環境，教育工作者只不過是去創造這樣一種適合培養學生創新能力的環境而已。

中學物理教學是營造這種適合培養學生創造能力環境的良好途徑，是培養學生創造性的一門好的學科。中學物理的教學有許多自身的特點，“物理模型”教學就是其中之一。

三、物理模型在中學物理教學中的運用

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。教師要想使客觀事物在學生腦中有深刻的反映，必須將它與學生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和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。

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。

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。

四、中學物理教師使用模型應注意的問題

1.模型是在一定條件下適用的。建立物理模型，可使問題的處理大為簡化而又不會發生大的偏差。現實世界中，有許多事物與這種“理想模型”十分接近，在一定場合、一定條件下，作為一種近似，我們可以把實際事物當作“理想模型”來處理，但要具體問題具體分析。

2.物理模型是在不斷完善發展的，由初級向高級發展并不斷完善。例如，原子模型的提出就是一個不斷完善的過程。起初，人們認為原子是不可分的，其英文名稱atom的原義即“不可分割”的意思。直到1897年湯姆生通過陰極射線實驗發現電子，揭開了原子結構的序幕，湯姆生認為，原子是一個球體，正電荷均勻分布在球內，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里，這就是湯姆生的“棗糕式”原子模型。此模型能說明原子是中性的，并能說明輻射電磁波形成原子光譜，但解釋不了α粒子散射現象。盧瑟福進行了α粒子散射實驗，他認為，在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉，這就是盧瑟福的“原子核式結構”模型。此模型可以解釋α粒子散射實驗，還可以估算出原子核的大小，但與經典電磁理論產生了兩個矛盾。

總之，物理模型是培養學生創造性的很好素材，只要充分科學地用足用活物理模型，給學生營造一個寬松的充分體現“以學生為主”的課堂環境，我們就一定能培養出一代具有創新能力的適合現代化建設的人材。

參考文獻:

[1]劉偉.淺談物理習題與模型教學[J].高師理科學刊，2002，(02).

[2]張建偉，陳琦.從認知主義到建構主義[J].北京師范大學學報(社會科學版)，1996，(04).

[3]羅建軍.從物理模型到實際問題的教學對策[J].甘肅教育，2005，(11).

[4]孫大君.立足實驗教學培養創新能力[J].課程·教材·教法，2001，(07).