學(xué)生如何建立物理模型

趙穎姝

摘 要：物理是研究力、熱、電、光、原等物質(zhì)相互作用規(guī)律及其基本聯(lián)系的科學(xué)。從物理學(xué)的性質(zhì)特點(diǎn)看，物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理學(xué)研究探知物質(zhì)世界的方法是人類認(rèn)識自然的基本方法之一。物理學(xué)的發(fā)展豐富了自然科學(xué)的內(nèi)容，促進(jìn)了社會的發(fā)展。同樣，物理學(xué)的研究方法有很多種，在日常教學(xué)過程中注重對學(xué)生物理模型思維能力的培養(yǎng)，有助于他們更好地理解物理思想和解決物理問題，從而使教師較好地完成教學(xué)目的，達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。對物理模型及其思維能力的培養(yǎng)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：物理；觀察實(shí)驗(yàn)；模型

一、物理模型的建立及其在物理教學(xué)發(fā)展中的作用

著名物理學(xué)家錢學(xué)森先生說過：“模型就是我們對問題現(xiàn)象的分析，利用我們考究得來的機(jī)理，吸收一切主要的因素，略去次要的因素所創(chuàng)造出來的一幅圖畫?！蹦敲?，所謂物理模型，是人們?yōu)榱搜芯课锢韱栴}和探討物理事物本身更加方便而對研究對象所作的一種簡化描述，是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用抽象的、理想化的辦法所創(chuàng)造的，能再現(xiàn)事物本質(zhì)和內(nèi)在特性的一種簡化模型。理想化的物理模型既是物理學(xué)賴以建立的基本思想方法，也是物理學(xué)在應(yīng)用中解決實(shí)際問題的重要途徑和方法，這種方法要求研究者在分析實(shí)際問題中研究對象的條件、物理過程的特征，并建立與之相適應(yīng)的物理模型，通過模型思維進(jìn)行推理和研究。

二、中學(xué)物理教學(xué)中常見的物理模型

構(gòu)建物理模型，就是要舍棄次要因素，抓住主要因素，從而突出客觀事物的本質(zhì)特征。構(gòu)建物理模型也是一種研究問題的科學(xué)的思維方法。在中學(xué)物理教學(xué)中，物理模型一般可分三類：物質(zhì)模型、狀態(tài)模型、過程模型。

1.物質(zhì)模型

物質(zhì)可分為實(shí)體物質(zhì)和場物質(zhì)。實(shí)體物質(zhì)模型有力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、輕質(zhì)彈簧、彈性小球等，電磁學(xué)中的點(diǎn)電荷、平行板電容器、密繞螺線管等，氣體性質(zhì)中的理想氣體，光學(xué)中的薄透鏡、均勻介

質(zhì)等。

勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場等都是空間場物質(zhì)的模型。

2.狀態(tài)模型

研究流體力學(xué)時(shí)，流體的穩(wěn)恒流動(dòng)（狀態(tài)）；研究理想氣體時(shí)，氣體的平衡態(tài)；研究原子物理時(shí)，原子所處的基態(tài)和激發(fā)態(tài)等都屬于狀態(tài)模型。

3.過程模型

在研究質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、簡諧運(yùn)動(dòng)等；在研究理想氣體狀態(tài)變化時(shí)，如等溫變化、等壓變化、等容變化、絕熱變化等；還有一些物理量的均勻變化的過程，如某勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小、均勻增加等；非均勻變化的過程，如汽車突然停止都屬于理想的過程模型。

三、如何培養(yǎng)學(xué)生的物理模型思維能力

由上述討論可知，物理模型教學(xué)在物理教學(xué)過程中起著重要的作用。為此物理模型思維能力的培養(yǎng)，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理能力的重要組成部分，也在學(xué)習(xí)物理的過程中起著一定的作用。那么，如何培養(yǎng)學(xué)生的物理模型思維能力也是值得每個(gè)物理教師思考的問題。教學(xué)過程既是教師教的過程又是學(xué)生學(xué)的過程，只有教師先進(jìn)行正確的引導(dǎo)，才能幫助學(xué)生更高效地學(xué)習(xí)。所以培養(yǎng)學(xué)生的物理模型思維能力就要依托于良好的物理模型教學(xué)過程。

物理模型教學(xué)過程的主要目的是讓學(xué)生掌握物理模型思維能力。所以無論是物理模型教學(xué)的教學(xué)策略還是教學(xué)方法，都是為學(xué)生能更好地掌握物理模型思維能力服務(wù)的。那么如何培養(yǎng)學(xué)生的物理模型思維能力呢？

傳統(tǒng)教學(xué)模式是以教師灌輸為主，只注重讓學(xué)生記住物理模型，很少引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“歸類—理想化—本質(zhì)特征等”模型建立的思維過程，忽略學(xué)生的自主性、能動(dòng)性，抑制了學(xué)生的思維。實(shí)行課程改革以來，制定了新課程標(biāo)準(zhǔn)，提倡創(chuàng)新教育，以提高學(xué)生處理問題的能力為目標(biāo)，但這并不意味著忽略概念和規(guī)律的教學(xué)。這就要求物理教師要抓住學(xué)生為主體這一特點(diǎn)，在重視基本知識點(diǎn)的教學(xué)的前提下，培養(yǎng)學(xué)生對知識點(diǎn)的建模意識，真正提高學(xué)生運(yùn)用已學(xué)模型分析問題和解決問題的能力。

實(shí)踐訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種重要途徑。在日常的教學(xué)活動(dòng)中，教師雖然教給了學(xué)生建模的方法，但是若不經(jīng)過一定的實(shí)踐訓(xùn)練，遇到實(shí)際物理問題還是會無從下手。只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)某浞值慕Ｓ?xùn)練，才能將教師平時(shí)提到的建模方法進(jìn)一步內(nèi)化為學(xué)生自己的能力。

總之，教師要在教學(xué)中充分利用物理模型的構(gòu)建過程，幫助學(xué)生在大腦中滲透構(gòu)建物理模型的意識，形成探求真理的科學(xué)態(tài)度，掌握抓主要矛盾的科學(xué)方法，鼓勵(lì)創(chuàng)新精神，逐步培養(yǎng)學(xué)生的物理模型思維能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)運(yùn)用適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ徒虒W(xué)模式，使學(xué)生在今后的物理學(xué)習(xí)中能自覺地構(gòu)建物理模型、發(fā)展物理模型、應(yīng)用物理模型。只有這樣才能使學(xué)生分析和解決問題的能力得到提高，只有這樣才能充分培養(yǎng)學(xué)生的物理模型思維能力，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)打下良好的

基礎(chǔ)。

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