结合物理模型进行物理教学

作者：邢世友

来源：《中学课程辅导·教学研究（下）》 2017年第1期

摘要：物理模型是中学物理知识的载体，中学物理知识都是以物理模型为基础建立的。在物理教学中，教师通过建立物理模型，让学生理解什么是物理模型以及物理模型在教学中的作用与应用，从而使物理模型的功能充分发挥出来。

关键词：物理教学；物理模型；作用；应用

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711(2017)01-0061

物理学科的研究，以自然界物质的结构和最普遍的运动形式为内容。对于那些纷繁复杂事物的研究，首先就需要抓住其主要的特征，舍去那些次要的因素，形成一种经过抽象概括了的理想化的“典型”，在此基础上研究“典型”，以发现其中的规律性，建立新的概念。这种以模型概括复杂事物的方法，是对复杂事物的合理简化。而抽象概括和简化的过程，也正是人脑对事物的思维加工过程。模型就是一种概括的反映，就是概念，亦即思维的形式。把握好物理模型的思维，是学生学习物理的困难所在之一。然而，在中学物理教学中，模型占有重要的地位。物理教学，首先是引导学生步入模型这个思维的大门，适应并掌握这种思维形式，具备掌握物理模型的思维能力。

那么，“物理模型”是什么？

物理学的目的就在于认识自然、把握自然。但是，自然界中任何事物与其他许多事物之间总是存在千丝万缕的联系，并处在不断的变化中。面对复杂多变的自然界，人们在着手研究时，总是遵循这样一条重要的方法论原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。根据这条原则，人们在处理复杂问题时，总是试图把复杂的问题分解成若干个比较简单的问题逐个击破，或者把复杂的问题转化成比较简单的问题。

基于这样一个思维过程，人们就创建了“物理模型”。可见，物理模型是指物理学所分析的、研究的实际问题往往很复杂，为了便于着手分析与研究，物理学中常常采用“简化”的方法，对实际问题进行科学抽象的处理，用一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或暇想结构描述实际的事物(过程)。这种理想物质(过程)或假想结构称之为“物理模型”。

一、物理模型在教学中的作用

建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。例如，我们在运动学中建立了“质点”模型，学生对这一模型有了充分的认识和足够的理解，为以后学习质点的运动、万有引力定律、物体的平动和转动，以及电学中的“点电荷”模型、光学中的“点光源”模型等奠定了良好的基础，使学生学习这些新知识时容易理解和接受。

建立和正确使用物理模型有利于学生将复杂问题简单化、明了化，使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明，突出了事物间的主要矛盾。

建立和正确使用物理模型对学生的思维发展、解题能力的提高起着重要的作用。可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易，起到事半功倍的效果。

二、中学常见的物理模型

1. 研究对象理想化的模型。例如，质点、刚体、薄透锐、理想气体、恒压电源等。

2. 运动变化过程理想化的模型。如“自由落体运动”“简谐振动”“热平衡方程”等，都是把复杂的运动过程理想化了的“物理模型”。

三、物理模型在教学中的应用

1. 建立模型概念，理解概念实质。概念是客观事物的本质在人脑中的反映，客观事物的本质属性是抽象的、理性的。要想使客观事物在人脑中有深刻的反映，必须将它与人脑中已有的事物联系起来，使之形象化、具体化。物理模型大都是以理想化模型为对象建立起来的。建立概念模型实际上是撇开与当前考查无关的因素以及对当前考查影响很小的次要因素，抓住主要因素，认清事物的本质，利用理想化的概念模型解决实际问题。如质点、刚体、理想气体、点

电荷等。学生在理解这些概念时，很难把握其实质，而建立概念模型则是一种有效的思维方式。

2. 认清条件模型，突出主要矛盾。条件模型就是将已知的物理条件模型化，舍去条件中的次要因素，抓住条件中的主要因素，为问题的讨论和求解起到搭桥铺路、化难为易的作用。例如，我们在研究两个物体碰撞时，因作用时间很短，忽略了摩擦等阻力，认为系统的总动量保持不变。条件模型的建立，能使我们研究的问题得到很大的简化。

3. 构造过程模型，建立物理图景。过程模型就是将物理过程模型化，将一些复杂的物理过程经过分解、简化、抽象为简单的、易于理解的物理过程。例如，为了研究平抛物体的运动规律，我们先将问题简化为下列两个过程：第一，质点在水平方向不受外力，做匀速直线运动；第二，质点在竖直方向仅受重力作用，做自由落体运动。可见，过程模型的建立，不但可以使问题得到简化，还可以加深学生对有关概念、规律的理解。

4. 转换物理模型，深入理解模型。通过对理想化模型的研究，可以完全避开各种因素的干扰，在思维中直接与研究对象的本质接触，能既快又准确地了解事物的性质和规律。例如，建立起“单摆”这一理想化模型后，理解了单摆的周期公式，可以解决类似于单摆的一系列问题：在竖直的光滑圆弧轨道内作小幅度滚动的小球的周期问题；在竖直的加速系统内摆动的小球的周期问题；在光滑斜面上摆动的小球的周期问题。

最后，在“物理模型”的建立和分析的教学过程中，要摸清学生各种错误的思维方法，及时予以纠正。例如，学生受了绝对化的片面思维方法的影响，不理解物理学中采用的理想化的思维方法，以及理想化不精确，脱离实际，有时对教师导出的某公式所采用的近似方法表示不可理解，在实际中追求百分之百的精确度。这里我们就要及时指出物理模型的特点和功能，使学生明确物理模型的科学性，明确物理模型的条件性。及时纠正这类学生的思维方法，这也是培养和锻炼学生创新思维和创新能力的好途径。

总之，物理模型是培养学生创造性很好的素材，充分科学地利用活物理模型，给学生营造宽松的、充分体现以“学生为主”的课堂环境，我们就一定能培养出一代具有创新能力的、适合现代化建设的新的人才！

(作者单位：山东省潍坊市寒亭区第一中学261100)