物理模型在教学中的应用

张玉明

摘要：物理模型的建立是創造性的过程，对物理模型的认识和理解既是培养思维能力的过程，也是培养创造性的过程。教师应该充分地利用物理模型，给学生营造宽松的课堂环境，从而培养出具有创新能力的学生。

关键词：物理模型；特点；应用

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）03-0069

一、什么是物理模型

通过学习物理，学生可以认识我们所处的自然环境。但是，自然界中任何事物与其他许多事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并处在不断的变化之中。这种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。人们在处理复杂的问题时，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成比较简单的问题。

基于这样的一个思维过程，人们就创建了“物理模型”。可见，物理模型是指对物理学所分析的、研究的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状态或过程。“物理模型”的建立，是人们认识和把握自然的一个典范，是先人的一种创举。“物理模型”的建立是创造性过程，对物理模型的认识和理解既是培养思维能力的过程，也是培养创造性的过程。

二、物理模型的特点

1. 物理模型是抽象性和形象性的统一。物理模型的建立是舍弃次要因素，把握主要因素，化复杂为简单，完成由现象到本质、由具体到抽象的过程，而模型的本身又具有直观形象的特点。

2. 物理模型是科学性和假定性的辩证统一，物理模型不仅再现了过去已经感知过的直观形象，而且要以先前获得的科学知识为依据，经过一系列逻辑上的严格论证，所以具有深刻的理论基础，即具有一定的科学性。理想模型来源于现实，又高于现实，是抽象思维的结果，所以又具有一定的假定性，只有经过实验证实了以后才被认可，才有可能发展为理论。

三、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。

四、物理模型在教学中的应用

1. 建立模型概念，可以使实际问题大为简化，从中较为方便地得出物体运动的基本规律。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察无关的因素以及对当前考察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、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，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，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，有利于培养学生思维的灵活性。

4. 转换物理模型。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；在电场中摆动的小球的周期问题等。

五、物理模型在教学中的意义

每一个物理过程的处理，物理模型的建立，都离不开对物理问题的分析。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，正确运用科学抽象思维的方法去处理物理问题的能力。通过分析每一个“物理模型”的建立思维，逐步引导学生去领悟、去品味这种思维过程，这将有助于学生思维品质的提高，有助于培养学生的创新思维。

不过还应该注意的是，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，学生受到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，并指出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：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，物理模型是培养学生思维的很好素材，充分科学地用足用活物理模型，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具有创新能力的人材！

（作者单位：山东省潍坊市寒亭一中 261100）