結(jié)合物理模型 進(jìn)行物理教學(xué)

邢世友

摘要：物理模型是中學(xué)物理知識的載體，中學(xué)物理知識都是以物理模型為基礎(chǔ)建立的。在物理教學(xué)中，教師通過建立物理模型，讓學(xué)生理解什么是物理模型以及物理模型在教學(xué)中的作用與應(yīng)用，從而使物理模型的功能充分發(fā)揮出來。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；物理模型；作用；應(yīng)用

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0061

物理學(xué)科的研究，以自然界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和最普遍的運(yùn)動形式為內(nèi)容。對于那些紛繁復(fù)雜事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，舍去那些次要的因素，形成一種經(jīng)過抽象概括了的理想化的“典型”，在此基礎(chǔ)上研究“典型”，以發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律性，建立新的概念。這種以模型概括復(fù)雜事物的方法，是對復(fù)雜事物的合理簡化。而抽象概括和簡化的過程，也正是人腦對事物的思維加工過程。模型就是一種概括的反映，就是概念，亦即思維的形式。把握好物理模型的思維，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的困難所在之一。然而，在中學(xué)物理教學(xué)中，模型占有重要的地位。物理教學(xué)，首先是引導(dǎo)學(xué)生步入模型這個思維的大門，適應(yīng)并掌握這種思維形式，具備掌握物理模型的思維能力。

那么，“物理模型”是什么？

物理學(xué)的目的就在于認(rèn)識自然、把握自然。但是，自然界中任何事物與其他許多事物之間總是存在千絲萬縷的聯(lián)系，并處在不斷的變化中。面對復(fù)雜多變的自然界，人們在著手研究時，總是遵循這樣一條重要的方法論原則，即從簡到繁，先易后難，循序漸進(jìn)，逐次深入。根據(jù)這條原則，人們在處理復(fù)雜問題時，總是試圖把復(fù)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(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化成比較簡單的問題。

基于這樣一個思維過程，人們就創(chuàng)建了“物理模型”。可見，物理模型是指物理學(xué)所分析的、研究的實(shí)際問題往往很復(fù)雜，為了便于著手分析與研究，物理學(xué)中常常采用“簡化”的方法，對實(shí)際問題進(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)（過程）或暇想結(jié)構(gòu)描述實(shí)際的事物（過程）。這種理想物質(zhì)（過程）或假想結(jié)構(gòu)稱之為“物理模型”。

一、物理模型在教學(xué)中的作用

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的能力。例如，我們在運(yùn)動學(xué)中建立了“質(zhì)點(diǎn)”模型，學(xué)生對這一模型有了充分的認(rèn)識和足夠的理解，為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動、萬有引力定律、物體的平動和轉(zhuǎn)動，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)這些新知識時容易理解和接受。

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(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用。可以把復(fù)雜隱含的問題化繁為簡、化難為易，起到事半功倍的效果。

二、中學(xué)常見的物理模型

1. 研究對象理想化的模型。例如，質(zhì)點(diǎn)、剛體、薄透銳、理想氣體、恒壓電源等。

2. 運(yùn)動變化過程理想化的模型。如“自由落體運(yùn)動”“簡諧振動”“熱平衡方程”等，都是把復(fù)雜的運(yùn)動過程理想化了的“物理模型”。

三、物理模型在教學(xué)中的應(yīng)用

1. 建立模型概念，理解概念實(shí)質(zhì)。概念是客觀事物的本質(zhì)在人腦中的反映，客觀事物的本質(zhì)屬性是抽象的、理性的。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，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(shí)際上是撇開與當(dāng)前考查無關(guān)的因素以及對當(dāng)前考查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)際問題。如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、點(diǎn)電荷等。學(xué)生在理解這些概念時，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(rèn)為系統(tǒng)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(gòu)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(fù)雜的物理過程經(jīng)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(yùn)動規(guī)律，我們先將問題簡化為下列兩個過程：第一，質(zhì)點(diǎn)在水平方向不受外力，做勻速直線運(yùn)動；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。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(xué)生對有關(guān)概念、規(guī)律的理解。

4. 轉(zhuǎn)換物理模型，深入理解模型。通過對理想化模型的研究，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題：在豎直的光滑圓弧軌道內(nèi)作小幅度滾動的小球的周期問題；在豎直的加速系統(tǒng)內(nèi)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。

最后，在“物理模型”的建立和分析的教學(xué)過程中，要摸清學(xué)生各種錯誤的思維方法，及時予以糾正。例如，學(xué)生受了絕對化的片面思維方法的影響，不理解物理學(xué)中采用的理想化的思維方法，以及理想化不精確，脫離實(shí)際，有時對教師導(dǎo)出的某公式所采用的近似方法表示不可理解，在實(shí)際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(diǎn)和功能，使學(xué)生明確物理模型的科學(xué)性，明確物理模型的條件性。及時糾正這類學(xué)生的思維方法，這也是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的好途徑。

總之，物理模型是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性很好的素材，充分科學(xué)地利用活物理模型，給學(xué)生營造寬松的、充分體現(xiàn)以“學(xué)生為主”的課堂環(huán)境，我們就一定能培養(yǎng)出一代具有創(chuàng)新能力的、適合現(xiàn)代化建設(shè)的新的人才！

（作者單位：山東省濰坊市寒亭區(qū)第一中學(xué) 261100）