基于物理模型思維方法的研究\t

摘要：科學的基本活動就是探索和制定模型，模型方法在建立物理規(guī)律、解釋物理現(xiàn)象、做出科學預言中發(fā)揮了重大作用，建模能力也是學生思維能力的核心能力之一。因此在物理教學中，一定要重視學生的建模能力培養(yǎng)。

關鍵詞：物理模型建模能力思維方法

物理模型是對實際的問題進行科學抽象的處理，用一種反映原物本質特征的理想物質或過程或假設結構，去描述實際的事物或過程。建模既是一種思維過程，也是一種思維方法，其實質就是將隱藏在復雜的物理情景中的研究對象或物理過程進行簡化、抽象、類比、提煉。因此，建模的目的就是根植于具體的物理情景并將其準確地呈現(xiàn)出來，從而分析、處理和解決物理問題。物理教學的目的不僅是讓學生學習必要的物理基礎知識，更重要的是讓學生學會思維，掌握處理實際問題的方法，培養(yǎng)學生分析、解決實際問題的能力。物理學科教育中的學科方法很多，而模型方法可以說是其中很重要的一種方法。當今教育大力提倡素質教育，倡導培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐能力，物理教學中應重視方法教育和能力培養(yǎng)。物理學中的每一個知識點都是通過適當?shù)奈锢砟Ｐ投@得，物理建模過程實際上就是科學探究能力和創(chuàng)新能力提高的過程，因而在物理教學過程中應加強對學生建立物理模型能力的培養(yǎng)。

一、物理模型在物理學中的作用

模型方法乃是人們所說的科學方法的核心，縱觀物理學的發(fā)展史，模型方法在物理學的產生發(fā)展過程中發(fā)揮了重大的作用。物理學中的概念、規(guī)律和公式等幾乎都是借助于物理模型進行抽象概括而來的?？梢哉f，不了解和不掌握物理模型的方法，就學不好物理。物理模型的建立使許多抽象的物理問題變得直觀、具體、形象。所以應充分重視物理教學中的物理模型

1.物理模型是建立物理規(guī)律和理論的基礎

物理學是現(xiàn)代科學技術的基礎，它的成就和研究方法已滲透到了幾乎所有的科學領域，而且在培養(yǎng)思維能力和實驗能力等方面有不可替代的作用。理想模型是物理學研究的主要方法之一。理想模型是為便于研究而建立的一種高度抽象的理想客體，它抓住物質的主要特征，忽略次要因素，形成一種經過抽象、概括了的理想化的模型。作為科學抽象的結果，理想模型也是一種科學概念，可是，它不同于一般的科學概念，如數(shù)學上的點與物理中的質點截然不同，因此我們一定要正確理解物理學中的理想模型，把握好這一概念的思維，掌握好這一概念的思維能力，就既能使問題得到了簡化，又不影響問題的本質，讓問題迎刃而解。

2.物理模型可以解釋物理現(xiàn)象和實驗定律

利用物理模型可得出一些與實驗事實相符合的理論結果，從而解釋物理現(xiàn)象和實驗定律。如我們可以從特魯?shù)碌淖杂呻娮託饽Ｐ统霭l(fā)，從微觀上對歐姆定律和電阻定律進行解釋。運用理想氣體模型就可以從微觀上對氣體三個實驗定律做出合理的解釋。愛因斯坦正是利用光的波粒二象性模型成功地解釋了光電效應這一實驗事實。

3.利用物理模型可做出科學的預言

物理模型的抽象過程中排除了大量的次要因素的干擾，突出了研究對象或物理過程（原型）的主要特征，充分發(fā)揮了邏輯思維的力量，可以使理想模型的研究結果超越現(xiàn)有的條件，并由此指出進一步研究的方向或做出科學的預見。海王星的發(fā)現(xiàn)就是物理模型的科學預見的一個精彩實例。法國學者布瓦爾發(fā)現(xiàn)據不同時間的資料計算出的天王星運動軌道互不相同這一實驗事實。德國數(shù)學家貝塞爾為解釋這一實驗事實，利用開普勒行星軌道模型和牛頓引力理論大膽預言存在一顆新的行星。德國天文學家伽勒觀測到這顆行星（海王星），從而證實了貝塞爾預言的正確性。

物理模型是物理思維的產物，是一種理想化形態(tài)。它的顯著特點是舍棄原型中的次要因素，抓住原型中影響問題的主要因素，對研究對象作了極度的簡化和純化處理，從而使我們可以通過研究模型來認識原型的各種本質特征及其必然聯(lián)系，建立物理概念，得出物理規(guī)律，形成物理理論，可以說，物理模型是物理規(guī)律和物理理論賴以建立的基礎。如質點模型是萬有引力定律、牛頓運動定律及力學理論建立的基礎；點電荷模型是庫侖定律以及電磁理論建立的基礎；薄透鏡、點光源、面光源等模型是幾何光學的基礎。

二、物理模型的分類

根據物理模型所反映的特定事物和特定問題的結構特點，可以將物理模型分為以下幾種類型。

1.物理對象模型

實際物體在某些特定條件下往往可抽象為理想的研究對象，即物理對象模型。物理中常見物理對象的理想模型有：質點、理想流體、彈簧振子、單擺、點電荷、純電阻（純電容、純電感）、點光源、湯姆遜模型、盧瑟福模型等。

2.物理過程模型

將實際物理過程進行處理，忽視次要因素，考慮主要因素；忽略個性，考慮共性，使之成為典型過程，即過程模型。比如：勻速直線運動，勻變速直線運動，拋體運動，勻速圓周運動，簡諧運動，質點運動的自由落體運動，完全彈性碰撞，電學中的穩(wěn)恒電流，等幅振蕩，熱學中的等溫變化、等容變化、等壓變化、絕熱變化等等都是物理過程、物理狀態(tài)的模型。

3.理想化實驗模型

在實驗的基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據邏輯推理法則，對過程進一步分析、推理，找出其規(guī)律。伽利略就是從斜槽上滾下的小球上另一個斜槽，后者坡度越小，小球滾得越遠的實驗基礎上，提出了他的理想實驗，從而推倒了延續(xù)兩千年的“力是維持運動不可缺少的原因”的結論，為慣性定律的產生奠定了基礎。

4.模擬式模型

物理概念和規(guī)律在形式上是抽象的，在內容上是具體的，因此，我們可以用模擬式模型來描述。比如：關于電場和磁場中引入的電場線、等勢面和磁感線等就是模擬式模型。其實，電場線、等勢面和磁感線都是為了研究電場和磁場而引入的一系列假想曲線（面），但是這些曲線（面）并非人們單憑主觀愿望臆造出來的，用電場線、等勢面和磁感線這些模擬式模型能使一些看不見、摸不著的客觀事物變得具體化、形象化。

5.數(shù)學模型

客觀世界的一切規(guī)律原則上都可以在數(shù)學中找到它們的表現(xiàn)形式，物理學研究客觀世界時，通常采用抽象、概括的方法，將客觀條件模型化，同時將客體的屬性及運動變化規(guī)律數(shù)學公式化，這就使得物理學成為定量的精密的科學。在運用數(shù)學公式求