物理模型在物理教學(xué)中作用

趙靜

新課程要求物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的建模意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，以此為載體進(jìn)行物理方法教育，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維品質(zhì)。

物理學(xué)所分析的、研究的實(shí)際問題往往比較復(fù)雜，采用模型化的方法對實(shí)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)或假想結(jié)構(gòu)去描述實(shí)際的事物，使物理模型成為物理學(xué)知識結(jié)構(gòu)的最基本單元。

一、物理模型在物理教學(xué)中的作用

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。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，突出了事物間的主要矛盾。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。每一個物理過程的處理，物理模型的建立，都離不開對物理問題的分析。通過對物理模型的設(shè)計(jì)思想及分析思路的教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)生對較復(fù)雜的物理問題進(jìn)行具體分析，區(qū)分主要因素和次要因素，抓住問題的本質(zhì)特征，正確運(yùn)用科學(xué)抽象思維的方法處理物理問題的能力，有助于學(xué)生思維品質(zhì)的提高，有助于學(xué)生掌握物理學(xué)的研究方法。正確的思維方法是提高思維能力的基礎(chǔ)，由于年齡的關(guān)系，學(xué)生一般多注意知識的學(xué)習(xí)，并不關(guān)心自己的思維方法是否正確，也不懂不同階段的學(xué)習(xí)對思維方法有不同要求，更不能自覺地糾正一些不正確的思維方法，這就影響了思維發(fā)展。因此，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用正確的思維方法是很重要的。

錯誤的思維方法會嚴(yán)重影響學(xué)生對物理概念、物理規(guī)律和物理過程的分析和理解。在理想模型的建立和分析的教學(xué)過程中，教師要摸清學(xué)生各種錯誤的思維方法，及時予以糾正。例如，學(xué)生受了絕對化的片面思維方法的影響，不理解物理學(xué)中采用的理想化的思維方法，以為理想化不精確，脫離實(shí)際，有時對教師導(dǎo)出的某公式所采用的近似方法表示不可理解，在實(shí)驗(yàn)中追求百分之百的精確度。糾正這類思想的方法是指出理想化的普遍性和可靠性，說明理想化方法是突出事物的主要性質(zhì)和影響物質(zhì)變化的主要方面，它可以使問題的處理大大簡化，又不會與實(shí)際產(chǎn)生大的偏差，為物理研究過程所普遍采用，許多定律都有理想化的研究對象和理想化的條件。在教學(xué)中近似處理問題時，要以具體數(shù)字說明近似處理后不會產(chǎn)生大的偏差。這樣，既能促進(jìn)學(xué)生能力的提高，又能提示學(xué)生應(yīng)用同樣方法處理問題。

二、使用物理模型的關(guān)注要點(diǎn)

隨著社會的不斷進(jìn)步，人類對事物的本質(zhì)的認(rèn)識也是不斷深入和提高的，物理模型也相應(yīng)地由初級向高級發(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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)，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。為了解決上述矛盾，玻爾提出了原子的“軌道量子化”模型，這種模型的內(nèi)容是三條假設(shè)，即能級假設(shè)、躍遷假設(shè)、軌道假設(shè)。

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。現(xiàn)實(shí)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，可以把實(shí)際事物當(dāng)作“理想模型”來處理，但也要具體問題具體分析。

例如，在研究“地球繞太陽公轉(zhuǎn)運(yùn)動”時，由于地球與太陽的平均距離比地球半徑大得多，地球上各點(diǎn)相對于太陽的運(yùn)動可以看作是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計(jì)，這樣就可以把地球當(dāng)作一個“質(zhì)點(diǎn)”來處理。但在研究地球自轉(zhuǎn)時，地球上各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動半徑不同，地球的形狀、大小不可以忽略，不能把地球當(dāng)作一個“質(zhì)點(diǎn)”來處理。

總之，物理模型是物理思維的產(chǎn)物。物理模型的建立，不僅為人們認(rèn)清事物本質(zhì)提供了便利，而且為處理問題提供了一系列的基本方法。這需要教師在教學(xué)中加以引導(dǎo)。