高中物理模型教学应用及分析

韩冰

物理学研究方法的渗透是高中物理教育教学中的重要任务之一。通过模型教学，能够让学生更加直观、轻松地掌握最基本、最主干的物理知识与物理规律，体验物理概念的生成。模型是物理知识的载体，同时，更是日常教学中的重要手段之一。在日常的教学过程中，教师应该积极挖掘物理模型在教学中的价值与意义，并且有效地实施模型教学。

一、物理模型的概念

《辞海》对模型的定义是：根据生活中的实物或是想象按着比例或其他特征制定的相似的物体，以供观赏、实验、观测等运用。随着模型在社会中的运用，它的范畴不断扩大，含义也更加通俗。具体是指在日常生活中，为了达到特定的目的，而将研究对象作更加简化的描述。可以这样理解，模型是人们认识社会、认识自然、认识世界的必然途径。

物理模型是以探究某种物理事物的本质而对这一研究对象所做的简化描述或是相关的模拟。更具体的讲，是抓住物理研究对象的大小、运动状态、形状、结构这些主要因素的，通过比较、分类、综合、抽象等等建立起来，能够反映研究对象本质特征，较为理想化的过程状态或是实际物体。

在物理教学中，物理模型是与物理学知识相关的基础单位，无论是知识的学习、问题的探究还是物理本质的探索都与模型息息相关。在物理教学过程中，物理模型是思维的产物，同时也是对物理研究对象的简化处理。有效地实施模型教学，有助于学习者通过这一模型来探究物理的本质特征，从而在大脑中建构物理概念，得出相关的规律，从而真正形成理论，最终作用于实际问题的解决。

二、高中物理模型的分类

物理模型有着不同的分类标准和方法，所以产生了不同的分类结果，但是无论怎样分类，这些类别都是大同小异的，一般可以概括为四种类型：对象模型、条件模型、过程模型和理论模型。

1. 对象模型。简单来说，就是能够代替研究对象这一实际物体的理想化模型，也可以称为实体模型。比如：质点、无弹性的轻绳、单摆、轻弹簧、轻杆、轻滑轮、点电荷、点电源、理想电表、理想气体、弹簧振子、理想变压器、黑体等。

2. 条件模型。简单来说，就是将研究对象所处外部条件理想化而建立起来的模型。比如：光滑表面、真空、绝热容器等。

3. 过程模型。具体来说，为了研究比较复杂的物理问题，根据这一问题的性质和需要，抓住主要因素，忽略次要因素，从而建立起来能够揭示这一复杂问题本质的物理过程。比如：自由落体运动、竖直上抛运动、平抛运动、简谐运动、匀速圆周运动、碰撞恒定电流、绝热过程、气体的等温、等压、等容变化等。

4. 理论模型。是指以观察和实验为基础，以思维为途径，对某一研究对象所做出的简化描述。比如：安培分子电流说、光的电磁理论、光子说、光的波粒二象性、汤姆生原子结构模型、波尔原子模型等。

三、高中物理模型教学的价值与意义

1. 本身为高中阶段物理教学的重要内容

高中阶段物理教学中有众多的理论模型，如爱因斯坦的光子说、汤姆生的原子云素结构模型、波尔的原子量子化模型等，这些都是高中阶段物理教学中的重要模型。学生学习模型的过程是他们探究和理解知识和规律的过程，也可以这样说，物理模型本身就是知识的载体，模型教学是开展教学的重要方法和手段。

2. 有利于塑造学生的思维品质

任何一个模型的建立都是多种思维相融合的结果，物理模型更是学生思维活动的产物，在高中物理教学中有效地落实模型教学，能够有效地培养学生的思维品质，提高学生的思维水平。就目前的高中阶段物理学科教学来看，很多学生在学习物理时更加重结论而轻过程，虽然知识内涵掌握得非常丰富，但是拓展很少，所以他们在遇到一系列的问题时，总会生搬硬套，不能够具体问题具体分析，更不会从实际的问题中对各种物理思维进行加工与融合。而物理模型的建构，能够将复杂难懂的物理问题简化成理想的模型，这种有效的转变有利于让学生在学习的过程中实现认知水平的发展。比如，在单摆的简谐运动的学习过程中，教师就可以引导学生通过观察单摆运动的过程，并且简化擺球不受空气阻力，从而总结出摆角小于5°的情况下单摆能够做出具体周期的简谐运动。在这一模型的建立过程中，学生经历了观察、假设、综合、归纳等思维方法，也真正体验了探究学习过程，既让学生更好地掌握了物理知识，又促进了他们思维的发展和认知的提升，从而实现他们思维品质的培养，助力学科核心素养的提升。

3. 有助于实现模型的迁移运用

很多知识的学习都是通过迁移而获得的，迁移更是高中物理学习中比较重要的方法之一。迁移从本质上说就是一种学习对另一种学习的影响，立足于日常教学实施模型教学，学生能够掌握相关的模型，并通过模型的相似性，促进他们将已经掌握的知识运用迁移到另外的新知识学习过程中。比如，质点和点电荷，两者有着相似之处，当学生学完质点之后，掌握了这一对象模型，在学习后面的点电荷时，就能够有效地迁移到点电荷模型的建构中。这一过程既能够在类比和延伸中让学生更加高效地完成新知识的学习，又能够实现他们对知识的深化理解。

4. 有利于构建网络状知识结构

物理知识之间是相通的，培养学生的物理核心素养的基础就是让学生能够建构起网络化的知识框架，而物理模型就是这一结构化系统中的节点。以“质点”这一对象模型的建立为基础，建立“与初速度方向在同一直线上”条件模型就会获得“匀变速直线运动”这一过程模型;建立“仅受重力且初速度为零”的条件模型就能够获得“自由落体运动”这一过程模型，建立“仅受重力且初速度方向竖直向上”的条件模型就会获得“竖直上抛运动”这一过程模型。通过模型之间的联系，有利于帮助学生构建网络状知识结构，促使他们了解物理知识、物理规律之间的联系，从而更加透彻地学习物理知识，在有效的知识基础积累中，有助于让学生迁移与运用，从而助力学生物理综合能力的提升。

四、高中物理教学中应用模型应该注意的问题

在寻找物理概念实质的基础上建构物理模型，这样才能够让模型真实地反映概念的特性与本质，才能够让模型应用地更加有效。

条件模型与其他的模型建构有着不同之处，建构条件模型更应该突出重点，不但要对现有的条件进行理想化的处理、模型化的处理，同时，必须要省略其他多余的条件。

模型建构在物理教学过程中是非常灵活的，不是一成不变的。要在实际的问题解决过程中对模型进行有效的变换，从而真正以模型的建立为基础，洞察物理研究对象的本质，解决物理新问题。

五、高中物理模型教学的具体策略

1. 在物理规律教学中的运用

物理规律反映了物质各个因素之间的联系，同时也是比较抽象的物理概念和定义的集合。在日常的教学过程中，教师关注的重点就是能够让学生更快地掌握这些物理规律，但是这些理论是抽象、晦涩难懂的，如果教师只是一味地讲述，那么学生很难理解、迁移与运用。所以，在讲授相关的物理规律时，教师可以借助模型建构来完成。比如，在讲解“牛顿定律”时，教师可以借助微课将模型以直观动态的形式展示给学生，在视频中，有一个人用力推桌面上的一块木头，这时，木头会在桌面上动起来;当这个人停止用力时，这个木头便会停下来。当观看完这个视频之后，教师让学生借助自己在初中阶段学习的知识对视频中的现象进行解释。这时，学生很容易地就能够回答：“木块在桌面上向前运动，是因为受到了推力，但是，它除了受到推力，还会受到桌面给它的摩擦力，所以在人停止用力时，木块也会渐渐地停止。”当学生回答完后，教师向学生提出一个问题：“物体在不受力时会怎样运动呢？”这时，班级中有的学生认为物体在不受力时，运动会越来越快;有的学生认为，物体在不受力时会保持原来的运动状态，一直运动下去;而有的学生则认为，物体在不受力时，将会慢慢停下来。这时，教师可以根据学生不同的假设和想法，将同一种观点的学生分为一组，让他们根据自己的设想设计出自己的方案。通过这一课堂活动的进行，在模型的构建过程中，让学生的思维活跃起来，在大脑中形成想象，强化自己大脑中对物理规律的认知。当小组讨论完之后，教师让每个小组的学生将自己小组内的设计方案在课堂上进行讲解。随后，教师可以将学生设计的方案进行总结。

另外，教师再利用多媒体为学生展开动态模拟，将伽利略的理想实验以模型的形式为学生进行讲解。通过这一实验模型的构建，促进学生更好地理解和掌握伽利略的著名实验，从而掌握物理知识规律。

2. 在解决应用性问题中的运用

物理是一门自然社会学科，与我们的生活息息相关。新课改强调，教师必须关注学生解决问题能力的培养，让学生能够在物理知识的学习上实现知识的有效迁移与运用。在日常的物理学习中也存在着很多应用性的物理问题，想要解决这些日常生活中出现的具有客观性、隐秘性的物理现象，是相当需要智慧的。所以教师在日常的教学过程中，就应该重视物理模型在解决这些问题中的运用，并且充分观察现实生活中的物理现象，在为学生知识讲解的时候构建模型，也真正让学生树立模型思想，让他们遇到问题时，能够学会与生活中的现象相转化，从而将复杂性的问题简单化，助力学生分析問题、解决问题能力的提升。比如，在学习电路、电流、电磁感应等知识的过程中，教师就要重视物理模型的构建。

3. 在实验教学中的运用

实验教学是物理学科教学中的重要组成部分，同时，实验更是物理学习的基础和核心所在。为了能够更好地让学生了解物理规律的由来，教师往往会引导学生展开亲自实验和操作;另外，实验的顺利进行和规律的探讨都离不开模型的建立。比如，在学习集成电路的相关知识时，在物理实验室中，教师先引导学生通过构思、绘画一个电路图，然后再根据这个电路图展开实验，以让实验教学顺利进行。这一过程也能够培养学生的动手能力和思维能力，让学生的物理思维更加开阔，物理知识更加夯实。

4. 在习题解答中的运用

学以致用才是物理教学的任务所在，所以，为了让学生更好地解答相关的习题，教师应重视模型的运用;同时，教师在教学中能够解清楚相关的练习题，也少不了模型的运用。比如，引导学生当拿到一道物理题目时，要在读题的基础上确定探究对象，然后再构思模型，将这些条件进行罗列，从而更好地解答问题。这一过程既能够让学生正确使用模型，认识模型的重要性，同时更能够促进学生灵活运用所学知识分析问题、解决问题，实现学生综合能力的提升。

立足高中物理教学，教师应该科学有效地展开模型教学，帮助学生更好地建构物理知识，形成建模能力，从而真正实现学生核心素养培养的目标。