浅谈物理模型的建构及运用

浅谈物理模型的建构及运用
河南省南阳工业学校黄春娥
摘要本文探讨了物理教学中物理模型的作用、教学中常见的物理型，以及物理模型在教学中的运用
关键词物理模型物理教学作用运用
为了简化问题，又能反映物理现象的本质,物理研究中往往采用“简化”的方法，对实际问题进行科学抽象化处理，保留主要因素,略去次要因素,得出一种能反映原物本质特性的理想物质（过程)或假想结构,此种理想物质(过程）或假想结构就称为物理模型。

然后对物理模型进行研究，提示物理规律，并将物理规律运用到实际中,得到问题的近似解。

物理模型是科学假说的表示形式。

随着新现象的发现，原来的物理模型不能作出解释.就会有新假说提出,新的物理模型建立。

物理模型在物理学中的广泛运用是物理学的重要特点.那么,物理模型在教学中有什么作用？如何在教学中运用物理模型?使用物理模型应注意什么？下面对这些问题进行了探讨。

一、物理模型在教学中的作用
１。

帮养学生的科学素质
构建物理模型是通过建立和研究客观对象的简化模型来揭示对象的本质特征和规律的—种方法.它在科学研究方法中经常用到，物理模型是在抓住主要因素、忽略次要因素的基础上建立起来的，它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。

理解和学习物理模型的建立可以使学生学习和理解科学研究的方法.在物理学习中要经常使用物理模型，这对培养学生的科学素质是十分有利的。

例如,自由落体运动是我们把现实现象简化,忽略下落中重力以外的阻力而建立的运动模型。

它可以解决那些从静止下落时，阻力相对重力可以忽略的落体问题。

2．提高学生理解和接受新知识的能力
通过建立和正确使用物理模型的训练，学生在逐渐接受了通过物理模型进行研究的物理学研究方法后，就会产生正迁移现象，提高对物理新知识的理解和接受能力。

物理学中有大量的模型。

例如,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、物体的平动和转动,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，使学生对这些新知识时容易理解和接受.
３.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
建立和正确使用物理模型有利于突出事物间主要矛盾,使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明。

可把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易,从而对
提高学生的思维发展、解题能力起到事半功倍的效果。

4。

有利于学生建立辩证唯物主义世界观
物理模型是物理学研究中的—个重要步骤。

在教学中通过对学生运用物理模型的练习,通过物理研究中物理模型不断改进的史实,对学生进行辩证唯物主义认识论的教育．
二、中职物理中常见的物理模型
物理模型是物理思想的产物,是科学地进行物理思维并从事物理研究的一种方法。

中职物理中常见的物理模型可归纳如下:
1。

客体模型
物理学所研究的客观存在的实际物体，通过简化抽象建立起来的物理模型,就叫做客体模型。

例如在力学中研究某些物体的运动时，如果物体本身的尺寸与研究问题中的距离相比很小,又不考虑物体的转动等因素时,就可以忽略物体的大小和形状，重点突出物体的质量与位置，用一个有质量的点来代替整个物体,建立起“质点”模型，光学中的点光源、薄透镜，电学中的点电荷以及单摆、弹簧振子、刚体、理想气体、理想变压器、原子核式结构等，都是客体模型。

2．条件模型
客体模型在运动、变化过程中,总要受到各种条件的制约,使问题变得很复杂．为了便于研究，必须对制约物理客体运动变化的条件进行取舍，即忽略次要因素，抓住决定性的条件，重点突出物理客体与主要条件之间的内在联系、这样建立起来的理想化的模型叫做条件模型。

例如,在平面上运动的物体,当摩擦力与物体所受的合外力相比很小时．这个平面就称为光滑平面.这个“光滑平面”就是—个条件模型。

在物理学中，如细绳、轻质细杆、绝热容器、不计电阻的导线、稳压电源、均匀介质等都是条件模型。

３。

过程模型
物理客体在理想条件下的运动、变化过程,是一个高度抽象的物理过程，这个过程称为过程模型。

例如,平抛运动,运动小球是具有质量而不计大小的“质点”，在整个运动过程中,忽略空气阻力和浮力的作用,只受到恒定的重力作用（重力随高度变化可以忽略不计）,质点在这样理想化的条件下的运动过程,就是平抛运动。

这个“平抛运动”是一种理想化的过程模型。

物理学中的匀速直线运动、自由落体运动、弹性碰撞、等温变化、光电效应等都是过程模型。

三、物理模型在教学中的作用
1．建立概念模型,理解概念实质
概念是客观事物的本质在人脑中的反映,客观事物的本质属性是抽象的、理性的。

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。

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,突出主要矛盾
条件模型将已知的物理条件模型化，舍去条件中的次要因素，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,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，建立物理图景
过程模型就是将物理过程模型化,将复杂的物理过程分解、简化、抽象为简单的、易于理解的物理过程。

例如,为了研究物体平抛运动的规律,我们先将问题简化为两个过程:第—,质点在水平方向不受外力,做匀速直线运动;第二,质点在竖直方向上只受重力作用,做自由落体运动。

可见，过程模型的建立,不但能使问题得到简化,还能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,深入理解模型
通过对理想化模型的研究,可以完全避开各种因素的干扰，直接与研究对象的本质接触，能既快又准确地了解事物的性质和规律。

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等。

5．指导学生运用物理模型分析和解答实际问题,在解决问题中培养与训练学生的物理模型思维
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路及分析研究思路的教学,能培养学生对较复杂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。

四、使用物理模型应注意的问题
1.物理模型的适用有-定条件
对同一研究对象，使用合适的物理模型来解决，可使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差,但是对另—个问题，在建立模型时忽略的次要因素必须要考虑时,原来适用的模型就不能使用了.例如,在研究地球绕太阳公转运动的时候，由于地球与太阳的平均距离比地球半径大得多,地球上各点相对于太阳的运动可以看作是相同的,即地球的形状、大小可以忽略不汁,这样就可以把地球当作一个“质点”来处理;但在研究地球自转时,地球上各点的转动半径不同，地球的形状、大小不可以忽略,不能把地球当作一个“质点＂来处理。

２．物理模型是在不断完善发展的
随着社会的不断进步，人类对事物本质的认识不断深入和提高,物理模型也相应地由初级向高级发展并不断完善。

例如,原子模型的提出就是一个不断完善
的过程。

起初,人们认为原子是不可分的;直到１８97年汤姆生通过阴极射线实验发现电子,提出“枣糕式"原子模型;卢瑟福进行。

粒子散射实验,提出“原子核式结构”模型,玻尔提出了原子的“轨道量子化"模型，原子模型不断地完善,能解释更多的现象。

在中职物理教学中,物理教师要正确地运用物理模型，才能充分发挥物理模型在教学中的作用,提高教学效果,实施素质教育。

［参考文献]
乔际平等著．物理学科教育学．北京：首都师范大学出版社,200０年１月。