中学物理教学中“物理模型”的应用实践

刘雪峰

【摘要】物理模型在实际的教学过程中是充当物理知识的载体而存在的。物理模型的构建不仅能够帮助学生快速、扎实的掌握基本的物理知识，还有助于帮助学生向外延伸，培养学生的创新能力。本文对常见的物理模型、物理模型在教学中的运用及实践创新等做出了探讨。

【关键词】物理模型 运用 创新实践

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0166-01

一、“物理模型”的概念

自然现象中事物之间复杂的相互联系，一方面反映了必然联系的规律性，同时又存在着许多偶然性，使我们的研究产生了复杂性。例如，在研究物体的机械运动时，实际上的运动往往非常复杂，不可能有单纯的直线运动、匀速运动、圆周运动。为了使研究变为可能和简化，我们常采取先忽略某些次要因素，着重突出事物的本质，建立一种科学的行之有效的思维方法，人们就创建了“物理模型”。如引入匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动和简谐运动等理想化的运动。

“物理模型”的建立是一个创造性过程，对物理模型的认识和理解也是一个创造性的过程。可见，引导学生真正认识和理解甚至建立“物理模型”，显然是培养学生创造性思维和创新能力的不可多得的途径。

那么，怎样把握好“物理模型”去培养学生的创新能力呢？

二、中学物理中常见的物理模型

物理模型是物理思想的产物，是科学地进行物理思维并从事物理研究的一种方法。就中学物理中常见的物理模型，可归纳如下：

1.研究对象的模型化。物理中的某些客观实体，如质点，舍去物体的形状、大小、转动等性能，用一有质量的点来描绘，这是对实际物体的简化。类似质点的客观实体还有刚体、点电荷、薄透镜、弹簧振子、单摆、理想气体、理想电流表、理想电压表等等。

2.物理条件的模型化。当研究带电粒子在电场中运动时，因粒子所受的重力远小于电场力，可以舍去重力的作用，使问题得到简化。力学中的光滑面、热学中的绝热容器、电学中的匀强电场、匀强磁场等等，都是把物体所处的条件理想化了。

3.物理状态和物理过程的模型化。例如，力学中的自由落体运动、匀速直线运动、简谐运动、弹性碰撞；电学中的稳恒电流、等幅振荡；热学中的等温变化、等容变化、等压变化等等都是物理过程和物理状态的模型化。

4.物理实验理想化。在实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。例如，伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础。

三、物理模型在教学中的运用

1.建立模型概念，理解概念实质。

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。

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。

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。

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等。

四、物理模型的主要功能及创新实践

（1）可以使问题大为简化，从中较为方便地得出物体运动的基本规律。

（2）可以对模型讨论的结果稍加修正，即可用于实际事物的分析和研究。

（3）有助于对客观物理世界的真实认识，达到认识世界，改造世界，为人类服务的目的。

以上是教师驾驭“物理模型”教学首先要明确的几个问题。那么，在物理教学中又如何利用“物理模型”教学去培养学生的创新能力呢？

1.利用“物理模型”教学培养学生的创新意识。

创新意识和创新能力是两个不同的概念，有时意识比能力更重要。以上我们已经谈到，物理模型的建立很具创新性，教师应该把建立物理模型的这种创新的思路启发地诉之于学生，这样对学生创新意识的培养才是有益的。

2.利用“物理模型”培养正确的思维方法，从而培养创新能力。

正确的思维方法是提高思维能力的基础，良好的思维能力是创新能力的保证，只有正确的思维才谈得上有良好的创新。但是由于年龄的关系，中学生一般只注意知识的学习，并不关心自己的思维方法是否正确，更不能自觉地纠正一些不正确的思维方法，这就影响了思维发展。因此，指导学生运用正确的思维方法是培养学生创新能力首要任务。“物理模型”的建立，是一种严密的正确的思维方法，其思维过程非常明显，分析好每一个“物理模型”的建立思维很重要，以“质点”这个物理模型为例，为什么要将物体简化为质点？在什么时候什么物体可以简化为质点？质点的概念很简单，如果只教会学生质点的概念，而没有使学生明确这种建立物理模型的思维过程以及运用物理模型建立概念的基本方法和思路，这将是教学上的重大失误！

分析好每一个“物理模型”的建立思维固然重要，但更重要的是引导学生去领悟这种思维过程，去品味这种思维过程，教学中，通过对物理模型的设计思想及分析思路的教学，能培养学生对较复杂的物理问题进行具体分析，区分主要因素和次要因素，抓住问题的本质特征。

3.中学物理教材中有许多物理知识比较抽象，学生往往不易理解和接受，并会因此而失去学习的信心。但如果借助“物理模型”教学，通过采用模型方法，突出物理问题的主干，学生建立起清晰的物理图像，使物理问题化难为易，化繁为筒，这样不单起到降低教学难度增强学生学习的自信心的作用，同时还潜意识地培养了学生的创新能力。

最后需要强调的一点是，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，以为理想化不精确，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，在实验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，这也是培养和锻炼创新思维和创新能力的好途径。

总之，采用理想化的客体（即物理模型）来代替实在的客体，可使我们对物理本质的理解更加细致深入，对物理问题的分析更加清晰明了。所以，物理模型在教学领域有着重要的价值，物理模型是培养学生创造性的很好素材。