中學物理模型教學研究初探

摘 要:物理學所分析和研究的問題總是很復雜的，與眾多因素有著千絲萬縷的聯系。在中學物理教學中，為了簡化物理問題，常用到物理模型，物理模型在教學中起著重要的作用。

關鍵詞:中學物理; 模型教學

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2010)4-050-001

一、物理模型的概念和功能

物理模型就是對所研究的對象和過程進行科學的抽象化處理，保留主要因素，略去次要因素，得出能反映原物本質特性的理想過程或假想結構，它是事物本質特征的簡化而理想化的描述，是按照物理科學研究的特定目的，用物質形式或思維形式對原型客體本質關系的再現，人們通過物理模型的認識與研究去獲得關于原型客體的知識及其運動變化規律。物理模型它有三種功能:(1)物理模型使物理問題簡化，較為方便地得出物體運動規律;(2)可用于對類似實際物理現象進行分析和研究;(3)物理模型有助于對客觀物理世界的認識，達到認識世界、改造世界的目的。因此物理模型對學生加深物理知識的理解是大有裨益的。

二、物理模型教學的重大意義

1.物理模型是教師教學和學生學習的重要環節

物理模型是物理知識的載體，是學生獲得物理知識的重要途徑，因此物理模型是教師傳授知識和學生獲得知識的關鍵點。在中學物理中，不論是概念，還是規律都要通過物理模型向學生展示并傳達知識。縱觀物理教材，從初中到高中，物理模型無處不在。例如質點、彈簧振子、點電荷、理想變壓器等，這些都是研究對象的物理模型;自由落體、鏡面反射、平拋等都是研究過程的物理模型;導體、絕緣體、小球、輕桿、輕繩、平行光等，它們雖然是沒有冠以模型，實質上也是模型范疇。這些模型構建成學生的物理觀念，是物理知識網絡中的節點，是物理教學中不可缺少的環節，離開了這些模型，教學就無法入手，因此物理模型是教與學雙方達到各自目標的重要途徑。

2.物理模型實現教學過程的軟著陸

中學物理難學，物理概念抽象難以理解。但通過物理模型可以使物理知識由難化易，由抽象難懂變為易接受，使教學過程實現軟著陸。物理模型突出了重點知識的主干，忽略了影響較小的因素，幫助學生建立了清晰的知識網絡，使學生的思路得到了拓寬。例如學習帶電粒子在電場中的偏轉規律時，在已建立的勻速直線模型和自由落體運動模型，對帶電粒子在電場中的偏轉過程進行模型分解處理，使它由初速度方向的勻速直線運動模型和垂直初速度方向的自由落體模型來組成，或者歸結到“類平拋模型”上去，從而使學生易于理解和掌握規律，降低了教學難度，使教學過程實現軟著陸。

3.物理模型能對物理知識起到概括和總結的作用，開闊學生思路，促進學生能力提高

物理模型對同類相似的問題進行比較、概括、總結，使學生觸類旁通、舉一反三。在教學中，通過對物理模型的設計及分析研究，學生就會學會對物理過程忽略枝葉，看到問題主干，也就是把物理問題的模型化。例如單擺這一概念，學生在分析單擺的運動過程中忽略空氣阻力、繩的收縮等次要因素，突出主要因素，用不可伸長細繩懸掛一個可看成質點的擺球，擺球只在它的重力和擺線拉力作用下而在最低點附近振動，它就是單擺，進一步抽象出類單擺模型。在教學中充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性質或特點的現象，相似運動的形態的物質的運動。例如原子結構可形象地喻想成為太陽系、核如太陽，電子猶如圍繞太陽運轉的行星;分子間的引力和斥力與中間連著彈簧的小球，當彈簧伸長時表現為引力，當彈簧縮短時，表現為斥力。這樣使無形的模型變為有形的模型，使學生對微觀世界的認識模型化，使學生初步掌握物理概念和物理規律，從而使學生的思維得到升華和啟迪。

4.物理模型使問題化繁為簡、融會貫通、知識系統化

在解決物理問題時，可以通過對物理過程的分析，并從物理規律出發，將待求問題轉化為熟悉的物理模型，從而化繁為簡，達到異中求同的效果，在實際中的很多問題是千變萬化的，但它們卻是某些模型的具體化。例如將一石塊水平拋出，我們首先要考慮地球的吸引力，根據公式F=GMm/r2“可知石塊越接近地面，F就越大，其次還要考慮空氣阻力、風速、地球自轉的影響，這樣石塊的運動十分復雜，研究起來十分不便。為此，我們突出重力作用，并認為重力是恒定的，歸結到平拋模型上來，這樣問題就便于研究了。由此可見，我們平時可將某些問題模型化，就可使問題變通，首先要將基本題型，找出其結構實質和實際的物理意義，然后用物理知識把題型模型化。例如，勻速直線運動問題，它的基本題型是:動點過靜線問題，即一個運動的質點沿著一條靜止的直線運動，S=vt這一公式就能反映在此運動中S，v，t三者關系。但實際所能解決的問題是很多的，我們可以把它變通為基本模型來解決，將它們抽象出“動點過靜線”、“動線過靜點”、“動線過靜線”等模型。它的基本思想是“變動為靜”和“變線為點”。

綜合上述，在中學物理模型教學中，要引導學生建立和應用物理模型來解決復雜的物理問題，注意循序漸進地熟悉并掌握這一科學研究思維方法，不但使學生加深對概念和規律的理解，而且對提高學生解題技巧，開發學生智力起著積極作用。