建构高中物理模型初探

建构高中物理模型初探

摘要：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。中学物理教材所叙述的许多物理现象，都是用模型来说明的。中学物理教学的实质是利用抽象简化后的物理模型研究物理规律的教学，通过分析模型的内涵，借以研究物理过程发生发展的规律。

关键词：物理模型高中物理教学抽象思维

模型法是解决物理问题的重要而又基本的方法，是学生分析问题和解决问题能力的最高层次之一，在中学物理教学中，循序渐进地启发、引导学生，合理建立、应用物理模型，处理比较复杂的物理问题，熟悉并掌握这种科学研究的思维方法，养成良好的思维习惯，不但能使学生加深对物理概念和规律的理解，提高解题技巧，举一反三，触类旁通，化繁为简，而且对开发学生智力，发展创造性思维，将起到积极的作用。

一、物理模型的内涵及其分类

1.内涵

物理学分析和研究的实际问题往往非常复杂，为了更好地揭示事物的本质，人们往往根据观察和实验所获得的各

种感性材料，将复杂具体的物理事件，舍去那些表面的、次要的条件，抓住主要的本质的主要的因素，得出一种能反映原事件本质特性的理想物质、理想过程、理想状态等，这种理想物质、理想过程或理想状态就称之为物理模型。

2.分类

2.1物理对象模型化：物理中的某些客观实体，如质点，舍去物体的形状、大小、转动等性能，突出它所处的位置和质量的特性，用一有质量的点来描绘，这是对实际物体的简化。类似质点的客观实体还有点电荷、单摆、理想电表等。

2.2物体所处的条件模型化：当研究带电粒子在电场中运动时，因粒子所受的重力远小于电场力，可以舍去重力的作用，使问题得到简化。力学中的光滑面；电学中的匀强电场、匀强磁场等等，都是把物体所处的条件理想化了。

2.3 物理状态和物理过程的模型化：例如，力学中的自由落体运动、匀速直线运动；电学中的稳恒电流、等幅振荡等都是物理过程和物理状态的模型化。

2.4实验理想模型化：在实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽，后者坡度越小，小球滚得越远的实验基础上，提出他的理想实验，从而推倒了延续两千多年的“力是维持运动

不可缺少”的结论，为牛顿第一定律的产生奠定了基础。

二、物理模型在中学教学中的运用

1.建立模型概念，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。如质点、点电荷等。

2.认清条件模型，突出主要矛盾

条件模型就是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，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，建立物理图景，训练发散思维

过程模型就是将物理过程模型化，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，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，在思维中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；在光滑斜面上摆动的小球的周期问题。

5.构造理想实验模型，促进学生想象和逻辑理论思维能力的发挥

理想实验是指人们在科学实验的基础上，运用逻辑推理方法和发挥想象力，在思维中把客观的实验条件和研究对象加以理想化，抽象或塑造出来的一种理想化过程的“实验”。

三、如何帮助学生构建物理模型

物理学中“建模”能力是一种很重要的能力，这里存在一个如何将实际问题转化成一个物理问题的过程，就是建

立物理模型的过程，它是分析研究问题的主要手段。无论问题情景多么新颖多变、与日常生活联系多么密切，大都可以归结为学生熟悉的物理模型。

1.实验引导

实验是物理学的基础，所以，在建立物理模型时离不开实验。其一般方法是先做有关实验，使学生在脑海中留下一个直观的、具体形象的物理模型，在次基础上作抽象引导，形成一种思维轮廓，变成具有思维特征的物理模型。然后利用学生思维中已建立起来的物理模型去解决一些实际问题。这样建立起来的物理模型学生印象深刻。

2.下定义

有些物理模型的建立，学生要从模型本身的特点给予定义，然后在运用中进一步体会模型的内涵。

3.举例

在学生已有知识的基础上，通过举例的方法，引导学生建立物理模型。

4.例题、习题中引导

建立物理模型在解答物理例题和习题中经常起着决定性的作用。

总之，“科学的基本活动就是探索和制定模型”，建模最能反映一个学生的抽象思维能力和素质。所以这要求我们在进行高中物理教学时要循序渐进地启发、引导学生，合

理建立、应用物理模型，养成良好的思维习惯，这对开发学生智力，发展创造性思维，将起到积极的作用。切实加强对学生物理建模方法的指导。使学生清楚地认识到，解题的关键在于从问题中抽象出模型，模型是联接理论知识和应用的桥梁。