構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

劉利濤

學(xué)生普遍感覺(jué)高中物理難學(xué)：聽(tīng)聽(tīng)還懂,解決實(shí)際問(wèn)題就困難。問(wèn)題的關(guān)鍵在于他們?nèi)粤?xí)慣于初中的那種形象思維方式，只會(huì)記概念、規(guī)律的靜態(tài)結(jié)論，而不重視得出結(jié)論的過(guò)程。只會(huì)照葫蘆畫(huà)瓢，模仿性地解決一些簡(jiǎn)單的物理問(wèn)題，而不善于通過(guò)觀察分析，提煉出現(xiàn)實(shí)情景的物理模型,納入到相關(guān)的知識(shí)體系中去加以處理。因此構(gòu)建正確的物理模型是非常重要的。

一、構(gòu)建理想模型是科學(xué)理論的依據(jù)

縱觀物理學(xué)發(fā)展史，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是經(jīng)過(guò)科學(xué)家們大膽地猜想，創(chuàng)建出科學(xué)的理想化的物理模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或?qū)嵺`驗(yàn)證，模型與事實(shí)基礎(chǔ)很好吻合的前提下獲得的。

伽里略讓小球從彎曲的斜槽上自由下落，當(dāng)斜槽充分光滑時(shí)，小球可沿另一端斜槽上升到初始高度，另一端斜槽末端越接近水平，小球?yàn)檫_(dá)到初始高度，將會(huì)運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)。如果末端完全水平，小球?qū)⒁恢边\(yùn)動(dòng)下去，永不停止。正因?yàn)橘だ锫詷?gòu)建了光滑這一理想化的模型，才有了慣性定律這一重大發(fā)現(xiàn)。

正是引入了這些理想化的物理模型，才得以使我們面對(duì)許多復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，通過(guò)簡(jiǎn)化處理比較順利地予以解決。

二、要重視對(duì)學(xué)生建模意識(shí)的培養(yǎng)

理想化的物理模型，是解決現(xiàn)實(shí)物理問(wèn)題不可或缺的依據(jù)，其重要性不言而喻。所以，教師在傳授知識(shí)的過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際課時(shí)的內(nèi)容安排，及時(shí)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)基本物理模型建立的過(guò)程和條件，要求學(xué)生牢固把握住這些基本的物理模型，并且在具體應(yīng)用它們解決物理問(wèn)題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)題設(shè)條件，從物理規(guī)律出發(fā)，通過(guò)分析、綜合、類比等，突出對(duì)所要研究問(wèn)題起主要作用的因素，略去非本質(zhì)的次要因素，使思維從紛繁復(fù)雜的具體問(wèn)題中抽象、構(gòu)造出我們熟悉的物理模型，應(yīng)用掌握的相關(guān)知識(shí)予以解決。當(dāng)然，教師要循序漸進(jìn)地啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生逐步熟悉并掌握這種科學(xué)研究的思維方法，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)，使構(gòu)建物理模型的意識(shí)真正成為學(xué)生思考問(wèn)題的方法與習(xí)慣。物理情境來(lái)源于實(shí)際問(wèn)題；以生產(chǎn)、生活及新的科技成果、新的科學(xué)研究課題作為素材背景，在物理教學(xué)中就要注重模型思維的方法，培養(yǎng)學(xué)生的分析理解能力，提取信息并結(jié)合所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造物理模型。抓住本質(zhì)建立合理的物理模型，很多新情境、新問(wèn)題就會(huì)成為熟悉的物理問(wèn)題迎刃而解。

三、培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的能力

（一）高中教材中常見(jiàn)的物理模型

1. 研究對(duì)象理想化的模型。例如：真空、質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、薄透鏡、理想氣體、理想電源、理想變壓器等。

2. 運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程理想化的模型。如：勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等等，這些都是把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程理想化了的物理模型。

（二）物理模型的特點(diǎn)

l. 物理模型是抽象性和形象性的統(tǒng)一。物理模型的建立是舍棄次要因素，把握主要因素，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，完成由現(xiàn)象到本質(zhì)、由具體到抽象的過(guò)程，而模型的本身又具有直觀形象的特點(diǎn)。

2. 物理模型是科學(xué)性和假定性的辯證統(tǒng)一，物理模型不僅再現(xiàn)了過(guò)去已經(jīng)感知過(guò)的直觀形象，而且要以先前獲得的科學(xué)知識(shí)為依據(jù)，經(jīng)過(guò)判斷、推理等一系列邏輯上的嚴(yán)格論證，所以，具有深刻的理論基礎(chǔ)，即具有一定的科學(xué)性。理想模型來(lái)源于現(xiàn)實(shí)，又高于現(xiàn)實(shí)，是抽象思維的結(jié)果。所以具有一定的假定性，只有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了以后才被認(rèn)可，才有可能發(fā)展為理論。

從書(shū)本的理論知識(shí)到實(shí)際應(yīng)用，關(guān)鍵在于從實(shí)際問(wèn)題中抽象出物理模型。模型是連接理論和應(yīng)用的橋梁，經(jīng)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)事實(shí)和背景知識(shí)是構(gòu)建物理模型的基礎(chǔ)，而抽象、等效、假設(shè)、類比等則是構(gòu)建物理模型的基本方法。

由于新情境問(wèn)題的綜合性、復(fù)雜性和多樣性特征，題中涉及的因素較多且相互交織在一起，問(wèn)題的本質(zhì)往往被表面現(xiàn)象所掩蓋，給解題造成了一定的障礙。從學(xué)生解決問(wèn)題時(shí)的表現(xiàn)來(lái)看，較為突出的問(wèn)題是：容易受表象因素干擾，不善于抽象出問(wèn)題的本質(zhì)特征，導(dǎo)致建立模型困難，這反映出理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)確實(shí)是我們教學(xué)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。怎樣從錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題中抽象出物理模型呢？這就需要對(duì)所給的信息進(jìn)行提煉和加工，通過(guò)思維加工，采用恰當(dāng)方法，找到新問(wèn)題與熟悉的物理模型之間的聯(lián)系，使新信息與原有知識(shí)之間的聯(lián)系通道保持暢通無(wú)阻，從而使新問(wèn)題順利地實(shí)現(xiàn)模型化，構(gòu)建起恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ汀?/p>

如以帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為背景，利用磁流體發(fā)電機(jī)的最新原理構(gòu)建現(xiàn)代科技新情境，使學(xué)生從現(xiàn)代科技新情境中及時(shí)有效地進(jìn)行信息獲取和遷移，提高建構(gòu)物理模型、學(xué)以致用的能力。磁流體發(fā)電機(jī)涉及知識(shí)點(diǎn)較多：二力平衡、電場(chǎng)力、洛侖磁力、勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)公式、閉合電路的歐姆定律、閉合電路的路端電壓等。要求學(xué)生具有較強(qiáng)綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，能將通電氣體在橫向磁場(chǎng)中的流動(dòng)等效為導(dǎo)體切割磁感線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)對(duì)磁流體發(fā)電所涉及的物理問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，把導(dǎo)體切割磁感線，回路中的電流、電離氣體受力平衡、能量轉(zhuǎn)化與守恒等聯(lián)系起來(lái)，從不同角度進(jìn)行綜合分析，在實(shí)際問(wèn)題的解決中，構(gòu)建物理現(xiàn)象的場(chǎng)景，建立模型，應(yīng)用理論規(guī)律，拓寬視野。

復(fù)雜的綜合題往往是由多個(gè)相關(guān)聯(lián)的物理模型組成，只有準(zhǔn)確還原設(shè)計(jì)題目時(shí)所依據(jù)的物理模型，才能在解題者頭腦中形成清晰的物理圖景，理清正確思路，順利解題。

中學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，解決每一個(gè)物理問(wèn)題的過(guò)程，實(shí)際上也是正確選用物理模型，使用模型方法的過(guò)程。正確識(shí)別、建立物理模型，熟練使用模型方法正是中學(xué)生應(yīng)該具備的基本物理素質(zhì)。因此，為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)及創(chuàng)新能力，逐步掌握科學(xué)研究的基本方法，在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，必須注意培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)造和應(yīng)用物理模型的能力。