探索物理模型教学之路

摘要：本文提出创建“物理模型”的必要性以及做物理习题中物理模型的重要性，并对初中物理教学中有关物理模型的实例进行评析，列举了新课程标准引导下物理模型教学的应用实例。

关键词：物理；模型教学；实践

中图分类号：G427文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2013）09-062-2

一、对物理模型的认识

1.创建“物理模型”的必要性。

从广义上讲，物理学中的各种基本概念和过程都可视作物理模型，如物质、长度、时间、空间等，因为它们都是以各自相应的现实原型（实体）为背景加以抽象出来的物理概念；从狭义上讲，只有那些反应特定问题或特定具体事物的结构才叫物理模型，如我们初中阶段提到的质点、匀速直线运动等，一般情况下，我们在物理教学中谈的都是狭义上的物理模型。

物理学的目的在于认识自然，把握自然，而自然界中任何事物都与其他事物之间存在着千丝万缕的联系，并在不断地变化着。面对复杂多变的自然界，人们着手研究时，总是遵循这样一条重要的方法论原则，即忽略次要因素，抓住主要矛盾，或从简到繁，由易到难，循序渐进，逐次深入。根据这条原则，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较为简单的问题逐个突破。正是基于这个思维过程，人们创建了“物理模型”这一工具和概念来解决问题。

2.做物理习题中物理模型的重要性。

俗话说做人要有榜样，做题要有例题和模型。做物理习题是学习物理的重要一部分，做习题时一样能够体会、了解物理学的思想方法和研究方法。以实际的物理问题为背景，通过抽象建立理想化模型，再应用已有知识、规律去求解，从而得到新的结论（规律），这对学生而言，就是一种创新思维活动。

教师要摒弃那种单一的重复操练，选择一些灵活性、开拓性、应用性、发散性的物理例题、模型，使学生能够通过自己的努力去研究、探索，并能够及时的归纳和反思，这既能培养学生的创新能力，同时也能使学生在应试时表现出很强的竞争实力。

二、初中物理教学中有关物理模型的实例评析

1.把研究对象理想化的模型。

初中阶段中出现的有光滑平面、真空、理想电压表、电流表、点光源、光线、磁感应线、原子模型等。

象这种用来代替由具体物质组成的、代表研究对象的实体系统，称为对象模型（也有称为概念模型），也可理解成实际物体在某种条件下的近似与抽象，还有常见的如“力学”中有轻质绳子或轻质杠杆、轻质弹簧、轻质滑轮、轻质滑轮组等等。

近似与抽象具有理想化的含义，在物理教学中理想化实际上就是抓住主要因素，忽略次要因素，例如理想电压表、电流表，在初中阶段我们就认为电压表的内阻是无穷大的，电流表的内阻是0。这是将研究的对象理想化的结果。

模型是对实际问题的抽象，每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围，学生在学习和应用模型解决问题时，要弄清模型的使用条件，要根据实际情况加以运用。比如一列火车的运行，能否看成质点，就要根据质点的概念和要研究的火车运动情况而定，在研究火车过桥所需时间时，火车的长度相对于桥长来说，一般不能忽略，所以不能看成质点；在研究火车从北京到上海所需的时间时，火车的长度远远小于北京到上海的距离，可忽略不记，因此火车就可以看成为质点。

2.把具体过程理想化的模型。

在八年级物理教材中介绍的伽利略斜面实验，是一个理想实验，它为牛顿第一定律的产生奠定了基础。

可见理想化实验并不是脱离实际的主观臆想，它是以实践为基础，运用逻辑法则进一步揭示出客观现象和过程之间内在逻辑联系，并由此得出结论。

物理过程总是在一定条件下发生的，将条件理想化便可以突出主要的物理现象与过程，这就是过程模型方法。类似的还有我们在运动学中的匀速圆周运动、匀速直线运动、自由落体运动、简谐运动等均属过程模型。

在很多的实验过程中，有些过程是相当复杂的。我们可以忽略次要矛盾，抓住主要矛盾，将一个复杂的物理过程抽象成为一个我们熟知的问题加以解决。例如在初中阶段，我们还会遇到真空钟罩模型、无阻力模型等等。

3.把图象作为模型。

数学教学中的二维坐标图中在物理教学中还有着以下重要的物理意义：一轴、二线、三斜率、四面积、五截距、六交点的含义是物理学习中很重要的。有的可表示为时间、路程，面积也可表示为位移等等。

物理运动学的教学中常通过st图、vt图像来比较运动的快慢，分析运动的种类。

电磁学教学中通过磁感线分布图来比较磁场的方向和强弱。

实验教学中还可通过作出图象来探究某种规律：例如探究物质密度（物质质量与体积关系）要用到mv图象；探究物质重力和质量关系时要用到Gm图象；探究电流I与电压U、电阻R关系时要画IU、IR图象等。

在各类习题中还出现的各种图象：如初二下学期浮力教学中的F浮t图象、F浮h图象、F拉h图象、电学中的PR图象、PI图象、PU图象、IU图象等。这些分别通过图像的模型，找出各个物理量之间的（正比/反比/不变）关系。

三、新课程标准引导下物理模型教学的应用实例

1.直观性模型的建立。

在第七章走进分子世界这一节内容中，提出科学家是如何弄清物质的内部结构的。他们是根据观察到的现象提出一种结构模型的猜想，再收集证据来证实自己的猜想，从而弄清物质的内部结构的，从约翰・道尔顿提出了世界上第一个原子的理论模型、约瑟夫・汤姆孙突破性地从阴极射线中，发现了电子的存在。

1904年，汤姆孙创立了原子的葡萄干布丁模型。1911年，欧尼斯特・卢瑟福发表了卢瑟福模型核式结构。玻尔在行星模型的基础上又提出了核外电子分层排布的原子结构模型。1926年奥地利学者薛定谔提出电子云原子结构的模型，这些模型的提出都是经过无数科学家努力很长一段时期的结果，随着科技的进步，事物的发展都是不断进步的。我们对这个世界的认识也越来越深，越来越贴近事实的本质。

2.概括性模型的建立。

抓住本质的东西加以概括，可以建立物理概括性模型。例如在电学教学中，电路图实际就是一个画在纸上的概括性实物模型。

在解决电学较复杂的电路问题时常常画出等效电路图等，也是概括性模型法。在探究并联电路、串联电路的电流、电压、电阻的关系时，我们就认为导线电阻为0，从而得出并联电路、串联电路的电流、电压、电阻的关系。

3.图表式数学模型的建立。

数学是学好物理的基础和工具，物理中有许多问题都可以用数学模型去研究和处理，教师要注意以下几点，从而培养学生正确构建物理模型：

（1）让学生养成根据物理概念和物理规律分析问题的思维习惯。在平常的教学过程中，教师应该着力引导学生学会结合具体描述的现象、给出的条件，确定问题的性质，同时抓住现象的特征寻找因果关系。这样能为物理模型的构建打下基础。

（2）理想化的方法是构建物理模型的重要方法，理想化方法的本质是抓住主要矛盾，近似的处理问题。因此在分析问题时应培养学生养成比较取舍的习惯。

（3）要让学生透彻掌握典型物理模型的本质特征，不断积累典型模型，并灵活应用他们。

学生在学习活动中，解决每一个物理问题的过程，实际上也是正确学用物理模型、使用模型方法的过程。正确识别、建立物理模型，熟练使用模型方法是学生应该具备基本物理素质，这对我们的学生进入高中的学习是非常重要的。