物理模型在教學(xué)中的應(yīng)用

張玉明

摘要：物理模型的建立是創(chuàng)造性的過(guò)程，對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)和理解既是培養(yǎng)思維能力的過(guò)程，也是培養(yǎng)創(chuàng)造性的過(guò)程。教師應(yīng)該充分地利用物理模型，給學(xué)生營(yíng)造寬松的課堂環(huán)境，從而培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：物理模型；特點(diǎn)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2018）03-0069

一、什么是物理模型

通過(guò)學(xué)習(xí)物理，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)我們所處的自然環(huán)境。但是，自然界中任何事物與其他許多事物之間總是存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，并處在不斷的變化之中。這種事物之間復(fù)雜的相互聯(lián)系，一方面反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性，同時(shí)又存在著許多偶然性，使我們的研究產(chǎn)生了復(fù)雜性。人們?cè)谔幚韽?fù)雜的問(wèn)題時(shí)，總是試圖把復(fù)雜的問(wèn)題分解成若干個(gè)比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題逐個(gè)擊破，或者把復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)成比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題。

基于這樣的一個(gè)思維過(guò)程，人們就創(chuàng)建了“物理模型”。可見，物理模型是指對(duì)物理學(xué)所分析的、研究的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理，用一種能反映原物本質(zhì)特性的理想狀態(tài)或過(guò)程?！拔锢砟Ｐ汀钡慕ⅲ侨藗冋J(rèn)識(shí)和把握自然的一個(gè)典范，是先人的一種創(chuàng)舉?！拔锢砟Ｐ汀钡慕⑹莿?chuàng)造性過(guò)程，對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)和理解既是培養(yǎng)思維能力的過(guò)程，也是培養(yǎng)創(chuàng)造性的過(guò)程。

二、物理模型的特點(diǎn)

1. 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)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，所以又具有一定的假定性，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。

三、物理模型在教學(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(shí)的能力。例如，我們?cè)谶\(yùn)動(dòng)學(xué)中建立了“質(zhì)點(diǎn)”模型，學(xué)生對(duì)這一模型有了充分的認(rèn)識(shí)和足夠的理解，為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律以及電學(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)，使學(xué)生學(xué)習(xí)這些新知識(shí)時(shí)容易理解和接受。建立和正確使用物理模型有利于學(xué)生將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、明了化，使抽象的物理問(wèn)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(duì)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(wèn)題化繁為簡(jiǎn)、化難為易，起到事半功倍的效果。

四、物理模型在教學(xué)中的應(yīng)用

1. 建立模型概念，可以使實(shí)際問(wèn)題大為簡(jiǎn)化，從中較為方便地得出物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。要想使客觀事物在人腦中有深刻的反映，必須將它與人腦中已有的事物聯(lián)系起來(lái)，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對(duì)象建立起來(lái)的。建立概念模型實(shí)際上是撇開與當(dāng)前考察無(wú)關(guān)的因素以及對(duì)當(dāng)前考察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(shí)際問(wèn)題。如質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、點(diǎn)電荷等。學(xué)生在理解這些概念時(shí)，很難把握其實(shí)質(zhì)，而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

2. 認(rèn)清條件模型，抓住條件中的主要因素，為問(wèn)題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如，我們?cè)谘芯績(jī)蓚€(gè)物體碰撞時(shí)，因作用時(shí)間很短，忽略了摩擦等阻力，認(rèn)為系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。條件模型的建立，能使我們研究的問(wèn)題得到很大的簡(jiǎn)化。

3. 構(gòu)造過(guò)程模型，將一些復(fù)雜的物理過(guò)程經(jīng)過(guò)分解、簡(jiǎn)化、抽象為簡(jiǎn)單的、易于理解的物理過(guò)程。例如，為了研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們先將問(wèn)題簡(jiǎn)化為下列兩個(gè)過(guò)程：第一，質(zhì)點(diǎn)在水平方向不受外力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；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(dòng)?？梢?，過(guò)程模型的建立，不但可以使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，還可以加深學(xué)生對(duì)有關(guān)概念、規(guī)律的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

4. 轉(zhuǎn)換物理模型。例如，建立起“單擺”這一理想化模型后，理解了單擺的周期公式，可以解決類似于單擺的一系列問(wèn)題：在豎直的光滑圓弧軌道內(nèi)作小幅度滾動(dòng)的小球的周期問(wèn)題；在豎直的加速系統(tǒng)內(nèi)擺動(dòng)的小球的周期問(wèn)題；在光滑斜面上擺動(dòng)的小球的周期問(wèn)題；在電場(chǎng)中擺動(dòng)的小球的周期問(wèn)題等。

五、物理模型在教學(xué)中的意義

每一個(gè)物理過(guò)程的處理，物理模型的建立，都離不開對(duì)物理問(wèn)題的分析。教學(xué)中，通過(guò)對(duì)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(duì)較復(fù)雜的物理問(wèn)題進(jìn)行具體分析，區(qū)分主要因素和次要因素，抓住問(wèn)題的本質(zhì)特征，正確運(yùn)用科學(xué)抽象思維的方法去處理物理問(wèn)題的能力。通過(guò)分析每一個(gè)“物理模型”的建立思維，逐步引導(dǎo)學(xué)生去領(lǐng)悟、去品味這種思維過(guò)程，這將有助于學(xué)生思維品質(zhì)的提高，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

不過(guò)還應(yīng)該注意的是，在“物理模型”的建立和分析的教學(xué)過(guò)程中，要摸清學(xué)生各種錯(cuò)誤的思維方法，及時(shí)予以糾正。例如，學(xué)生受到絕對(duì)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(shí)對(duì)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。這里我們就要及時(shí)指出物理模型的特點(diǎn)和功能，并指出對(duì)模型討論的結(jié)果稍加修正，即可用于實(shí)際事物的分析和研究：使學(xué)生明確物理模型的科學(xué)性，明確物理模型的條件性。及時(shí)糾正這類學(xué)生的思維方法，這也是培養(yǎng)和鍛煉創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的好途徑。

總之，物理模型是培養(yǎng)學(xué)生思維的很好素材，充分科學(xué)地用足用活物理模型，給學(xué)生營(yíng)造寬松的充分體現(xiàn)以“學(xué)生為主”的課堂環(huán)境，我們就一定能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的人材！

（作者單位：山東省濰坊市寒亭一中 261100）