構建物理模型，培養創新能力

劉利濤

學生普遍感覺高中物理難學：聽聽還懂,解決實際問題就困難。問題的關鍵在于他們仍習慣于初中的那種形象思維方式，只會記概念、規律的靜態結論，而不重視得出結論的過程。只會照葫蘆畫瓢，模仿性地解決一些簡單的物理問題，而不善于通過觀察分析，提煉出現實情景的物理模型,納入到相關的知識體系中去加以處理。因此構建正確的物理模型是非常重要的。

一、構建理想模型是科學理論的依據

縱觀物理學發展史，許多重大的發現與結論，都是經過科學家們大膽地猜想，創建出科學的理想化的物理模型，并通過實驗檢驗或實踐驗證，模型與事實基礎很好吻合的前提下獲得的。

伽里略讓小球從彎曲的斜槽上自由下落，當斜槽充分光滑時，小球可沿另一端斜槽上升到初始高度，另一端斜槽末端越接近水平，小球為達到初始高度，將會運動得越遠。如果末端完全水平，小球將一直運動下去，永不停止。正因為伽里略構建了光滑這一理想化的模型，才有了慣性定律這一重大發現。

正是引入了這些理想化的物理模型，才得以使我們面對許多復雜的現實問題，通過簡化處理比較順利地予以解決。

二、要重視對學生建模意識的培養

理想化的物理模型，是解決現實物理問題不可或缺的依據，其重要性不言而喻。所以，教師在傳授知識的過程中，要根據實際課時的內容安排，及時向學生強調基本物理模型建立的過程和條件，要求學生牢固把握住這些基本的物理模型，并且在具體應用它們解決物理問題時，引導學生如何根據題設條件，從物理規律出發，通過分析、綜合、類比等，突出對所要研究問題起主要作用的因素，略去非本質的次要因素，使思維從紛繁復雜的具體問題中抽象、構造出我們熟悉的物理模型，應用掌握的相關知識予以解決。當然，教師要循序漸進地啟發引導學生，使學生逐步熟悉并掌握這種科學研究的思維方法，養成良好的思維品質，使構建物理模型的意識真正成為學生思考問題的方法與習慣。物理情境來源于實際問題；以生產、生活及新的科技成果、新的科學研究課題作為素材背景，在物理教學中就要注重模型思維的方法，培養學生的分析理解能力，提取信息并結合所學知識創造物理模型。抓住本質建立合理的物理模型，很多新情境、新問題就會成為熟悉的物理問題迎刃而解。

三、培養學生構建物理模型的能力

（一）高中教材中常見的物理模型

1. 研究對象理想化的模型。例如：真空、質點、點電荷、薄透鏡、理想氣體、理想電源、理想變壓器等。

2. 運動變化過程理想化的模型。如：勻速直線運動、勻變速直線運動、自由落體運動、簡諧運動、勻速圓周運動、平拋運動等等，這些都是把復雜的運動過程理想化了的物理模型。

（二）物理模型的特點

l. 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，經過判斷、推理等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。

從書本的理論知識到實際應用，關鍵在于從實際問題中抽象出物理模型。模型是連接理論和應用的橋梁，經驗材料、實驗事實和背景知識是構建物理模型的基礎，而抽象、等效、假設、類比等則是構建物理模型的基本方法。

由于新情境問題的綜合性、復雜性和多樣性特征，題中涉及的因素較多且相互交織在一起，問題的本質往往被表面現象所掩蓋，給解題造成了一定的障礙。從學生解決問題時的表現來看，較為突出的問題是：容易受表象因素干擾，不善于抽象出問題的本質特征，導致建立模型困難，這反映出理論聯系實際的教學確實是我們教學中的一個薄弱環節。怎樣從錯綜復雜的實際問題中抽象出物理模型呢？這就需要對所給的信息進行提煉和加工，通過思維加工，采用恰當方法，找到新問題與熟悉的物理模型之間的聯系，使新信息與原有知識之間的聯系通道保持暢通無阻，從而使新問題順利地實現模型化，構建起恰當的物理模型。

如以帶電粒子在復合場中的運動為背景，利用磁流體發電機的最新原理構建現代科技新情境，使學生從現代科技新情境中及時有效地進行信息獲取和遷移，提高建構物理模型、學以致用的能力。磁流體發電機涉及知識點較多：二力平衡、電場力、洛侖磁力、勻強電場的場強公式、閉合電路的歐姆定律、閉合電路的路端電壓等。要求學生具有較強綜合應用知識的能力，能將通電氣體在橫向磁場中的流動等效為導體切割磁感線，從而產生感應電動勢，同時對磁流體發電所涉及的物理問題進行準確地分析，把導體切割磁感線，回路中的電流、電離氣體受力平衡、能量轉化與守恒等聯系起來，從不同角度進行綜合分析，在實際問題的解決中，構建物理現象的場景，建立模型，應用理論規律，拓寬視野。

復雜的綜合題往往是由多個相關聯的物理模型組成，只有準確還原設計題目時所依據的物理模型，才能在解題者頭腦中形成清晰的物理圖景，理清正確思路，順利解題。

中學生在學習活動中，解決每一個物理問題的過程，實際上也是正確選用物理模型，使用模型方法的過程。正確識別、建立物理模型，熟練使用模型方法正是中學生應該具備的基本物理素質。因此，為了培養學生的科學素養及創新能力，逐步掌握科學研究的基本方法，在平時的教學過程中，必須注意培養學生構造和應用物理模型的能力。