简单模型在物理教学中的建立

孙万兰 张国喜

摘要：物理是中学生必学的一门科目，但也是学生普遍反应较难学的一门科目。中学物理课本中所涉及的定律、原理大多可以通过简单的物理模型来表达，模型的建立为研究物理问题做了一个简单明了的铺垫。本文结合中学物理课本中的原理、定律等知识， 详细地论述了物理模型的分类、特点、作用以及当前物理教学中存在的一些问题。教师在教學中可借助简单的模型来辅助教学，不仅可以帮助学生理解复杂抽象的知识，也能提高教学效果，从而促进了学生的全面发展，达到物理教学的重要目的。

关键词：物理模型;模型教学;实践应用

一、物理模型分类

物理模型是人们为了方便诠释物理现象及法则，探讨物理事物的本质而建立的一种模型。中学物理中常见的物理模型可分为以下几类：

1.1 物理对象模型化

物理对象模型是构成一些定律和原理的基本要素。可分为系统模型、物质模型和结构模型三种。系统模型如“双星系统”，将二者看成一个系统考虑。在动能定理一节中，可将多个物体作为一个系统进行研究。物质模型如质点、刚体、电场线、检验电荷。用假想的曲线的疏密来表示电场的强弱。体积和电量足够小，不影响原电场分布的检验电荷能近乎精确地确定其在电场中的位置。结构模型如串并联电路、原子结构模型。教师可以借助生活中的水流管道来帮助学生理解串并联电路;原子结构模型认为原子是一个坚硬的实心小球。

1.2 物体所处的条件模型化

在中学物理教学过程中，每个模型的建立都有一定的前提条件和运用范围。比如力学中学习匀速圆周运动时的轻杆和轻绳模型，受力分析时的光滑面等;电磁学中无限大的带电平面，均匀电磁场等;热学中的绝热、等温、等容、等压等，这些模型都是有一定的条件限制。

1.3 物理状态和物理过程的模型化

事物的状态和过程往往由空间与时间来反映，物理状态模型如物体处于匀速直线、匀变速直线、圆周运动等状态;气体所处的平衡态、等温、等容、等体的状态;蒸发和沸腾的状态等。

1.4 理想实验模型

实验是研究和学习物理的重要方法，简单直观的实验现象不仅可以引起学生的学习兴趣，还能帮助学生理解理论知识。比如伽利略的理想斜面实验，推翻了延续两千多年的亚里士多德的结论，有力的证明了“力是改变物体运动状态的原因”，为惯性定律奠定了基础。理想实验中构造的光滑面、无质量的轻杆轻绳、内电阻无穷大的伏特表、恒流源等都准确诠释了形成现象的物理原理。

1.5物理中的数学模型

自然科学的研究思路一般是依据实际问题构建物理模型，进而抽象转化成数学模型，在经过相关的公式推导计算得出结果，反映物理意义，解决实际问题。物理中的数学模型可分为公式模型、图表模型、结构模型。公式模型如运动学公式、电磁学公式、热学公式、光学公式都能直接地反映物理的规律;图表模型如牛顿第二定律的f-a图像，运动学中的x-t和v-t图像，动能定理中的-图像等;结构模型如讲解力的合成与分解时，运用平行四边形定则等。这些都是对物理现象近似的定量描述，在教学过程中教师一定要帮助学生理解数学模型的具体含义，避免学生死记公式图表的现象出现。

二、物理模型的作用

2.1 使复杂问题简单化

中学物理知识点非常繁杂，每个知识点又细分为很多，各个知识点间相互联系，错综复杂。学生理解了模型的建立过程，弄清楚每个模型反映的本质和相互之间的联系，相当于将课本知识的结构系统化，使复杂问题变得简单明了，便于理解掌握。

2.2 促进知识的迁移

在物理概念、规律、原理中应用简单模型，学生在掌握了某一节课或者一章节的内容之后，在原有知识的基础上学会运用物理模型，瞻前顾后的对比反思总结，理清思路，促进知识的迁移。

2.3 做出科学推断

物理学家根据建立的物理模型，大胆的对研究事实进行预言，做一些科学的推断，方便做进一步的研究。比如伽利略论证了惯性运动，用实验研究了匀速运动;爱因斯坦的相对论，麦克斯韦方程组等都推动了人类对自然界的认识和科学技术的发展。

2.4加深学生对知识的理解

在中学物理的学习过程中，不同的模型有不同的分析思路和解题方法，如初中物理中的电学模型、光学模型、力学模型、热学模型等;高中物理是在初中物理的基础上进行深化扩展，如斜面模型、圆周运动模型等，简单明了的模型会加深学生理解知识，逐渐培养学生的分析概括能力。

三、简单物理模型的特点

3.1物理模型是抽象性和形象性的统一

抽象是从众多的事物中抽取出共同的、本质性的因素，而舍弃次要的影响因素。在物理学习过程中，学生需要将实际的物理问题抽象成为简单形象的物理模型，然后借助模型分析比较，进而得出物理规律，这是一个化难为易、化繁为简的过程。

3.2物理模型是科学性和假定性的辩证统一

物理模型能够在一定的推理论证下成立，反映实际问题的本质特征，能为新的研究提供正确的理论架构。对于生活中的具体问题，不同的研究情景下侧重不同，为了便于建立模型，顺利解决复杂的实际问题，抓住主要因素，忽略次要因素。例如为了研究电场和磁场而引入的电场线、等势面和磁感线等都是一系列假想曲线，这些假定出的模型能使复杂的客观事物变得更加直观具体，易于理解分析，并在此基础上得出了电磁感应定律、楞次定律、右手螺旋定则等。

3.3物理模型的美学性

物理学家们用最精炼的语言、最少的符号、最简单明了的物理模型反映出物理规律和特点，也比如爱因斯坦的质能方程、麦克斯韦方程组体现了物理学科的形式美，也总结出了奇妙的物理规律。

四、物理模型教学中存在的一些问题

（1）中学物理教材中也引入了一些物理模型，但是并没有详细阐明物理模型的过程、特点、相互之间的联系等，由于教师对这种模型的引入和特征总结不太到位，学生只是单纯的记住理解每个孤立的模型，却不知道模型的来源和引入过程而处于思路混乱状态。

（2）绝大多数的物理课堂教学模式是教师总结出大量的物理模型类的题，帮助学生理清思路，训练学生不断地做题巩固，这样的课堂教学中，老师占主导，学生对于没见过的题型，不会举一反三的去思考如何建立模型。

五、总结

简单模型在中学教学中的建立，是一种很高效的学习物理的方法。简单模型在学习过程中的建立是一个复杂漫长的过程，实际课堂中每位老师的讲课方式、学生的接受能力都不一样，影响课堂的因素很多，教师如何高效地利用模型，抓住学生的特点，高质量的完成教学也需要不断的探索研究。