論物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的運(yùn)用

任何物理模型都是采用理想化方法，通過對原型客體(具體事物)在一定條件下的合理近似而抽象出同類原型客體的共同性而建立的。它是一個主觀抽象和客觀具體的辯證統(tǒng)一體，具有理想性和客觀性、抽象性和可變性。由此決定了建立和應(yīng)用物理模型的心理機(jī)構(gòu)是想象和遷移，并需要較高層次的抽象思維、邏輯推演和類比聯(lián)想能力與之對應(yīng)。中學(xué)生的物理思維尚未達(dá)到高級和定型階段，抽象思維正處在比較低的階段。需要和現(xiàn)實間的落差決定了物理模型教學(xué)是物理教學(xué)難關(guān)之一，物理模型知識的分化和多樣性也在客觀上造成了模型教學(xué)的困難。物理學(xué)是一門研究物質(zhì)最普遍、最基本的運(yùn)動形式的自然科學(xué)。而所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的。這種事物之間復(fù)雜的相互聯(lián)系反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性，同時又存在著許多偶然性，給我們的研究增加了復(fù)雜性。為了使研究變?yōu)榭赡芎秃喕?，我們常采取先忽略某些次要因素，把問題理想化的方法，如引入勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動和簡諧運(yùn)動等理想化的運(yùn)動。這就是先建立物理模型，然后在一定條件下，用于處理某些實際問題?？梢?，物理模型是指:物理學(xué)所分析的、研究的實際問題往往很復(fù)雜，為了便于著手分析與研究，物理學(xué)中常常采用“簡化”的方法，對實際問題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理，用一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu)，去描述實際的事物(過程)。這種理想物質(zhì)(過程)或假想結(jié)構(gòu)稱之為“物理模型”。下面筆者結(jié)合高中物理教學(xué)，就此談些體會和看法。

一、物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的作用

教師建立和正確使用物理模型可以提高學(xué)生理解和接受新知識的能力。例如，筆者在運(yùn)動學(xué)教學(xué)中建立了“質(zhì)點(diǎn)”模型，學(xué)生對這一模型有了充分的認(rèn)識和足夠的理解，為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動、萬有引力定律、物體的平動和轉(zhuǎn)動，以及電學(xué)中的“點(diǎn)電荷”模型、光學(xué)中的“點(diǎn)光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)。

教師建立和正確使用物理模型有利于學(xué)生將復(fù)雜問題簡單化、明了化，使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明，突出事物間的主要矛盾。

教師建立和正確使用物理模型對學(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用，可以把復(fù)雜隱含的問題化繁為簡、化難為易，起到事半功倍的效果。

二、物理教學(xué)中利用物理模型實施創(chuàng)新教育

教師首先要轉(zhuǎn)變教育觀念。教師應(yīng)該認(rèn)識到，教育不應(yīng)該僅僅是訓(xùn)練和灌輸?shù)墓ぞ?，而?yīng)該是發(fā)展認(rèn)知的手段。素質(zhì)教育的實施，將徹底改變以往的封閉式教學(xué)，教師和學(xué)生的積極性都將得到極大的尊重。由于學(xué)生的積極參與，每個學(xué)生的創(chuàng)造性都受到重視，指令性和專斷的師生關(guān)系將難以維系。教師的權(quán)威將不再建立在學(xué)生的被動與無知的基礎(chǔ)上，而是建立在教師借助學(xué)生的積極參與以促進(jìn)其充分發(fā)展的能力之上。一個有創(chuàng)造性的教師應(yīng)能幫助學(xué)生在自學(xué)的道路上迅速前進(jìn)，教會學(xué)生怎樣“對付”大量的信息，他更多的是一個向?qū)Ш皖檰?，而不是機(jī)械傳遞知識的簡單工具。在創(chuàng)新教育體系中，師生關(guān)系將進(jìn)一步朝著“教學(xué)相長”的方向轉(zhuǎn)變和深化。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師還要明白“教”的真正意義?！敖獭辈煌凇坝?xùn)練”，教師如果把“教”混同于“訓(xùn)練”，就會強(qiáng)迫學(xué)生去全盤接受所教的內(nèi)容，就會自覺不自覺地使學(xué)生按照別人的模式、計劃和步驟去達(dá)到他人設(shè)計的目標(biāo)，這就剝奪了本屬于學(xué)生自己的自由發(fā)展和思考的權(quán)利。

其次，教師要理解“創(chuàng)新能力只能培養(yǎng)，不能教”。創(chuàng)新能力是培養(yǎng)出來的，它需要的只是一種友好的、和諧的生長環(huán)境，教育工作者只不過是去創(chuàng)造這樣一種適合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的環(huán)境而已。

中學(xué)物理教學(xué)是營造這種適合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力環(huán)境的良好途徑，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的一門好的學(xué)科。中學(xué)物理的教學(xué)有許多自身的特點(diǎn)，“物理模型”教學(xué)就是其中之一。

三、物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的運(yùn)用

1.建立模型概念，理解概念實質(zhì)。概念是客觀事物的本質(zhì)在人腦中的反映，客觀事物的本質(zhì)屬性是抽象的、理性的。教師要想使客觀事物在學(xué)生腦中有深刻的反映，必須將它與學(xué)生腦中已有的事物聯(lián)系起來，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對象建立起來的。建立概念模型實際上是撇開與當(dāng)前考查無關(guān)的因素和對當(dāng)前考查影響很小的次要因素，抓住主要因素，認(rèn)清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型解決實際問題。

2.認(rèn)清條件模型，突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理條件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中的主要因素，為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。

3.構(gòu)造過程模型，建立物理圖景。過程模型就是將物理過程模型化，將一些復(fù)雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。例如，為了研究平拋物體的運(yùn)動規(guī)律，我們先將問題簡化為下列兩個過程:第一，質(zhì)點(diǎn)在水平方向不受外力，做勻速直線運(yùn)動;第二，質(zhì)點(diǎn)在豎直方向僅受重力作用，做自由落體運(yùn)動。

四、中學(xué)物理教師使用模型應(yīng)注意的問題

1.模型是在一定條件下適用的。建立物理模型，可使問題的處理大為簡化而又不會發(fā)生大的偏差?，F(xiàn)實世界中，有許多事物與這種“理想模型”十分接近，在一定場合、一定條件下，作為一種近似，我們可以把實際事物當(dāng)作“理想模型”來處理，但要具體問題具體分析。

2.物理模型是在不斷完善發(fā)展的，由初級向高級發(fā)展并不斷完善。例如，原子模型的提出就是一個不斷完善的過程。起初，人們認(rèn)為原子是不可分的，其英文名稱atom的原義即“不可分割”的意思。直到1897年湯姆生通過陰極射線實驗發(fā)現(xiàn)電子，揭開了原子結(jié)構(gòu)的序幕，湯姆生認(rèn)為，原子是一個球體，正電荷均勻分布在球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里，這就是湯姆生的“棗糕式”原子模型。此模型能說明原子是中性的，并能說明輻射電磁波形成原子光譜，但解釋不了α粒子散射現(xiàn)象。盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射實驗，他認(rèn)為，在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)，這就是盧瑟福的“原子核式結(jié)構(gòu)”模型。此模型可以解釋α粒子散射實驗，還可以估算出原子核的大小，但與經(jīng)典電磁理論產(chǎn)生了兩個矛盾。

總之，物理模型是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的很好素材，只要充分科學(xué)地用足用活物理模型，給學(xué)生營造一個寬松的充分體現(xiàn)“以學(xué)生為主”的課堂環(huán)境，我們就一定能培養(yǎng)出一代具有創(chuàng)新能力的適合現(xiàn)代化建設(shè)的人材。

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