重在悟理，源于模型——初中物理模型法教学初探

刘利民

（江苏省淮安市涟水县郑梁梅中学，江苏 淮安）

之所以中学生在物理学习中会出现差异，其关键并非智力差异，更多是悟理能力的差距。物理本身就是让学生“格物究理”，即学会如何对事物的道理进行探究。“悟”的过程中一个领会和参悟的过程，我们常说观字悟理、由事悟理，可见“悟”需要借助一定的外力对学生加以“刺激”和引导。而相对于较为抽象的物理来说，让学生领会本质，感悟道理最直接且有效的方法就是直观形象的模型。对于“模型”，钱学森给出了一个非常简单的概括，“模型即图画”，而在科技发展的今天，物理模型逐渐打破了平面模型的限制，产生了立体模型以及多维模型，成为帮助中学生更好地学习物理的有力工具。本文结合物理教学实践，对“模型法”的应用进行了详细阐述。

一、帮助学生“建模”

对于一些实际问题用物理学进行研究和分析，往往会让学生感觉到有些复杂，所以在物理教学中教师多用简化方法，即用科学抽象的方法对其进行处理，通过可以将事物本质反映出来的物理或者结构，对事物进行描述，让分析和理解更加直观和简单，这就是建模。物理建模是一种方法，也是一种思维，它是从另外一种角度对物理问题进行研究和分析的方法。建模的关键在于能够运用比较思维和抽象思维将事物的主、次以及无关的各个因素进行区分，从中找到本质进行概括。如在让学生们认识“连通器”时，引导学生们先对锅炉的水位计、烧水壶和自动奶牛喂水器等模型进行观察和分析，尝试对这些物体的共同点和不同点进行比较，找出共性特征，如物体的开口都在上端，而下面都是相互连通的等等，通过具象的物体建立起抽象的模型，然后再进行连通器原理的讲解，学生很容易接受。而在让学生们认识连通器具有哪些特点时，可以在连通器底部抽象出一小液片的模型，如果小液片在左、右液体的作用力下可以达到平衡静止，那么说明两边存在大小相等的平衡力，这也就说明在小液片面积不变时，两边液体压强也是相同的，由此压强大小和液体浓度与密度有关，通过受力分析就能够总结出连通器具有“装入相同液体，液体静止时始终能够保持平衡”的特点。建模可以帮助学生学会如何通过具体分析直达问题本质，具备如何运用“抽象思维”解决问题的思维能力，也是引导学生进行创造性和创新学习的主要途径。

二、“理数模型”的有机整合

数学与物理之间存在着十分密切的关系，在物理学习中通过数学模型与物理模型相整合的方法，启发学生“悟理”的方法非常有效。主要是通过数学模型对物理问题中涉及的研究对象的状态、过程和位置以及它们之间存在着怎样的规律等内容进行“纯化”和“简化”，便于学生以更加概括和简洁的方法挖掘物理本质，描述物理规律，方便进行定量计算。如某学校初三学生在进行石子密度的测定实验时，设计了两个方案，请同学们解决这两个方案中提出的问题，并从老师给出的信息中将方案①的测定误差是方案②的多少倍。

方案①：器材包括分度值是1g的天平和砝码，分度值是1ml的量筒，细线，石子和水。步骤先将石子质量m通过天平进行测量，然后将适量水倒入筒中，测出水体积V1，再用细线将石子绑住浸没于装有水的量筒中，将水下读数V2进行记录。问石子密度是多少？

方案②：器材包括分度值是0.1N的测力计，细线，水，烧杯和石子。步骤是先用细线系好石子，将石子重力G通过测力计进行测量，然后将系有石子的测力计放于装有水的烧杯中，记录测力记的示数F。问石子密度是多少？

老师给出的信息：物理实验中如果测量某些物理量，必然会有误差存在，分度值和误差两者是正比关系；如果有一个C=A×B的物理量，通过不同方案对A、B进行测量，得出分别为A1、A2，B1、B2，C1、C2的数据时，如果 A1误差是 A2两倍，则 B1是 B2的三倍，C1是C2的六倍。

老师给出的信息其中就蕴含着数学建模，即运用“误差分析”对两个方案中测出的密度进行推导，就可以得出方案①的测定误差是方案②的一百倍。

三、自制模型

模型法教学不仅要培养学生空间结构的建模能力，还要注重实物模型对学生的启发。随着科学发展技术的创新，“科技模型”带着时代的气息走进了中学生视野，使用和制作物理科技模型，可以帮助学生更直观地通过模型领悟知识，还可以培养他们的创造与创新能力。为了能够发挥科技模型的“功效”，可以通过成立科技活动小组的方式，让“模型”走进物理课堂，并延续到课外。如在学习“力的作用是相互的”时，可以让学生亲自操作弹射机进行起飞，并观察起飞的过程，并鼓励学生与老师一起制作“木质弹射机”，在制作、使用的过程中学生对工作原理有了一个清晰的认识，也在动手实践中感悟了为什么说“力的作用是相互的”这个基本原理。而学习“电磁学”时，还可以带领学生一起到电子器材店里或者是天猫上购买不同型号的小电机、电灯等配件，让学生自己安装电路，让学生充分领略到科技的力量和模型的乐趣。

悟理是帮助学生通过物理知识对人生有一个更深层次的认识与理解，让他们即使不能够熟悉地运用物理知识，也可以在自然或者社会现象中去发现一些规律。模型则是开启学生悟理之旅的一把钥匙，它带领着学生穿越物理隧道，用全新的自己去迎接未来美好生活。