在高中物理教學(xué)中建立模型的心得

黃進(jìn) 信陽市第二高級(jí)中學(xué) 河南信陽 464100

本文主要從三個(gè)方面進(jìn)行討論：一：中學(xué)物理教材中的建立理想物理模型的重要性。二：探討如何建立理想物理模型，然后舉例說明理想物理模型在中學(xué)教學(xué)的應(yīng)用。三：在論文中主要涉及理想物理模型的功能和特點(diǎn)、理想物理模型在教學(xué)中的應(yīng)用和使用理想物理模型時(shí)應(yīng)注意的問題

一：高中物理教學(xué)中的理想模型教學(xué)法的重要性

（1）物理理想模型使人們逐漸理解和掌握物理學(xué)的重要和基本的規(guī)律，物理學(xué)中用理想化模型代替實(shí)在、復(fù)雜的物理研究對象。它是物理學(xué)研究方法和邏輯思維的結(jié)晶，是研究物理規(guī)律的重要基石，也是貫穿于整個(gè)高中階段物理教學(xué)要內(nèi)容的重組成部分。

（2）理想化物理模型是學(xué)習(xí)物理知識(shí)的重要手段和方法，在高中物理知識(shí)架構(gòu)和學(xué)習(xí)中始終起著非常重要的作用。在高中物理教學(xué)過程中如何引導(dǎo)學(xué)生對物理模型及其科學(xué)方法的正確有效建立及其思維方法的掌握，關(guān)系到高中物理教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)的成敗。

（3）同時(shí)縱觀物理學(xué)發(fā)展路程，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是由于科學(xué)家們經(jīng)過大膽的猜想構(gòu)思，創(chuàng)建出理想化的物理模型，并通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或?qū)嵺`驗(yàn)證，模型與事實(shí)基礎(chǔ)很好吻合的前堤下獲得的。

二：如何建立理想物理模型，然后舉例說明理想物理模型在中學(xué)教學(xué)的應(yīng)用

（一）理想物理模型的構(gòu)建過程

第一步，選模：對所研究的問題，若選不好模型，就無法把握這些問題的主要方向，也難以形成解決題目的總體思路。若模型選得好，有了明確的方向。因而在選擇問題的模型時(shí)，要充分考慮：（1）總體結(jié)構(gòu)和特征；（2）物理知識(shí)所屬系列及本質(zhì)；（3）涉及知識(shí)的范圍和所包容的內(nèi)容；（4）知識(shí)間的聯(lián)系、性質(zhì)及對應(yīng)關(guān)系。使選模具有初步的概念形象。

第二步，組模：初選模型后，對研究問題進(jìn)行詳細(xì)的過程劃分，理清各個(gè)詳細(xì)過程劃分的原理、方法和依據(jù)，是否體現(xiàn)各個(gè)過程的合理性、獨(dú)立性。對每一個(gè)知識(shí)模塊要進(jìn)行整理、提煉，并用所學(xué)過的知識(shí)加以對照，確定其性質(zhì)，所屬范圍，要點(diǎn)要求，解決方法，相關(guān)知識(shí)等，做到模塊知識(shí)具有完整性、獨(dú)立性和系列性，由此形成系列模塊骨架。

第三步，定模：有了模塊，就可以組裝成模型。（1）：遵循理想模型的構(gòu)建原則，結(jié)合實(shí)際模塊的需要和特點(diǎn)，互相協(xié)調(diào)互相取舍，體現(xiàn)一個(gè)有序的整體。（2）：各個(gè)模塊之間的組合要運(yùn)用科學(xué)的方法和手段。詳細(xì)弄清各模塊知識(shí)的關(guān)系后，對它們進(jìn)行判斷、推理、想象、創(chuàng)造等，再根據(jù)模塊的性質(zhì)選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?，比如常?guī)法、抽象法、類比法、演繹法、歸納法、極限法、假設(shè)法等將模塊組合成模型。

第四步，查模：對組成的模型還要放回到實(shí)際問題中去檢驗(yàn)，對照條件一一查驗(yàn)是否合理，是否滿足研究問題的需要。尤其是對劃分出來的過程模塊要進(jìn)行推理、分析、綜合，審視構(gòu)建的理想模型是否會(huì)破壞所劃分出來的模塊，分離出來的模塊與作為整體模型是否有較大差別，它們的復(fù)雜關(guān)系、性質(zhì)、功能使得研究結(jié)果是否一致。在檢驗(yàn)過程中不斷補(bǔ)充、不斷改進(jìn)、不斷完善。

（二）中學(xué)物理教材中的常見理想模型舉例

第一類：實(shí)體模型，實(shí)體模型是建立在客觀實(shí)體的基礎(chǔ)上，對其幾何結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)特征進(jìn)行抽象化的結(jié)果。實(shí)體模型可分為三種： 物質(zhì)模型、系統(tǒng)模型和結(jié)構(gòu)模型。

第二類：系統(tǒng)模型，一般是忽略外界對系統(tǒng)的某些影響，并簡化系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用而建立起來的模型。例如：保守力系統(tǒng)：忽略系統(tǒng)內(nèi)外非保守力的作用。熱力學(xué)系統(tǒng)：忽略系統(tǒng)內(nèi)外非熱學(xué)因素的影響。絕熱系統(tǒng)：忽略系統(tǒng)與外界的熱交換。力學(xué)系統(tǒng)：指遵循牛頓三定律，相互作用物體的全體。

第三類：結(jié)構(gòu)模型，簡化物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)關(guān)系和自身的內(nèi)作用特點(diǎn)，而建立起來的模型。如原子的軌道模型 ：（電子繞核的封閉軌道運(yùn)動(dòng)構(gòu)成）。電子云模型：（電子在核周圍的幾率運(yùn)動(dòng)構(gòu)成）

第四類：物理狀態(tài)模型，提煉出幾個(gè)特定參量來描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而建立的模型。勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、理想氣體狀態(tài)、電路狀態(tài)，靜電場，恒磁場，靜電平衡狀態(tài)模型強(qiáng)調(diào)用哪些物理量來描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢。強(qiáng)調(diào)用何種參量方式體現(xiàn)狀態(tài)。

第五類：物理過程模型，忽略物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程中的某些次要因素，突出其中主要因素而建立的模型，由于過程是通過一系列的狀態(tài)來體現(xiàn)，所以往往一種模型既是狀態(tài)模型也是過程模型，但各自強(qiáng)調(diào)的側(cè)重點(diǎn)不同。過程模型強(qiáng)調(diào)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程中以何種狀態(tài)在變化（態(tài)的變化方式）。自由落體：不計(jì)空氣阻力；等溫過程、等容過程、等壓過程、絕熱過程等。

三：理想模型在教學(xué)中的應(yīng)用和使用理想物理模型時(shí)應(yīng)注意的問題

模型是在一定條件下適用的。建立物理模型，可使問題的處理大為簡化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差?，F(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，可以把實(shí)際事物近似當(dāng)作“理想模型”來處理，但也要具體問題具體分析。

物理模型是在不斷完善發(fā)展的。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類對事物的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)也是不斷深入和提高的，物理模型也相應(yīng)地由初級(jí)向高級(jí)發(fā)展并不斷完善。