构建物理模型，培养创新能力

刘利涛

学生普遍感觉高中物理难学：听听还懂,解决实际问题就困难。问题的关键在于他们仍习惯于初中的那种形象思维方式，只会记概念、规律的静态结论，而不重视得出结论的过程。只会照葫芦画瓢，模仿性地解决一些简单的物理问题，而不善于通过观察分析，提炼出现实情景的物理模型,纳入到相关的知识体系中去加以处理。因此构建正确的物理模型是非常重要的。

一、构建理想模型是科学理论的依据

纵观物理学发展史，许多重大的发现与结论，都是经过科学家们大胆地猜想，创建出科学的理想化的物理模型，并通过实验检验或实践验证，模型与事实基础很好吻合的前提下获得的。

伽里略让小球从弯曲的斜槽上自由下落，当斜槽充分光滑时，小球可沿另一端斜槽上升到初始高度，另一端斜槽末端越接近水平，小球为达到初始高度，将会运动得越远。如果末端完全水平，小球将一直运动下去，永不停止。正因为伽里略构建了光滑这一理想化的模型，才有了惯性定律这一重大发现。

正是引入了这些理想化的物理模型，才得以使我们面对许多复杂的现实问题，通过简化处理比较顺利地予以解决。

二、要重视对学生建模意识的培养

理想化的物理模型，是解决现实物理问题不可或缺的依据，其重要性不言而喻。所以，教师在传授知识的过程中，要根据实际课时的内容安排，及时向学生强调基本物理模型建立的过程和条件，要求学生牢固把握住这些基本的物理模型，并且在具体应用它们解决物理问题时，引导学生如何根据题设条件，从物理规律出发，通过分析、综合、类比等，突出对所要研究问题起主要作用的因素，略去非本质的次要因素，使思维从纷繁复杂的具体问题中抽象、构造出我们熟悉的物理模型，应用掌握的相关知识予以解决。当然，教师要循序渐进地启发引导学生，使学生逐步熟悉并掌握这种科学研究的思维方法，养成良好的思维品质，使构建物理模型的意识真正成为学生思考问题的方法与习惯。物理情境来源于实际问题；以生产、生活及新的科技成果、新的科学研究课题作为素材背景，在物理教学中就要注重模型思维的方法，培养学生的分析理解能力，提取信息并结合所学知识创造物理模型。抓住本质建立合理的物理模型，很多新情境、新问题就会成为熟悉的物理问题迎刃而解。

三、培养学生构建物理模型的能力

（一）高中教材中常见的物理模型

1. 研究对象理想化的模型。例如：真空、质点、点电荷、薄透镜、理想气体、理想电源、理想变压器等。

2. 运动变化过程理想化的模型。如：匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、简谐运动、匀速圆周运动、平抛运动等等，这些都是把复杂的运动过程理想化了的物理模型。

（二）物理模型的特点

l. 物理模型是抽象性和形象性的统一。物理模型的建立是舍弃次要因素，把握主要因素，化复杂为简单，完成由现象到本质、由具体到抽象的过程，而模型的本身又具有直观形象的特点。

2. 物理模型是科学性和假定性的辩证统一，物理模型不仅再现了过去已经感知过的直观形象，而且要以先前获得的科学知识为依据，经过判断、推理等一系列逻辑上的严格论证，所以，具有深刻的理论基础，即具有一定的科学性。理想模型来源于现实，又高于现实，是抽象思维的结果。所以具有一定的假定性，只有经过实验证实了以后才被认可，才有可能发展为理论。

从书本的理论知识到实际应用，关键在于从实际问题中抽象出物理模型。模型是连接理论和应用的桥梁，经验材料、实验事实和背景知识是构建物理模型的基础，而抽象、等效、假设、类比等则是构建物理模型的基本方法。

由于新情境问题的综合性、复杂性和多样性特征，题中涉及的因素较多且相互交织在一起，问题的本质往往被表面现象所掩盖，给解题造成了一定的障碍。从学生解决问题时的表现来看，较为突出的问题是：容易受表象因素干扰，不善于抽象出问题的本质特征，导致建立模型困难，这反映出理论联系实际的教学确实是我们教学中的一个薄弱环节。怎样从错综复杂的实际问题中抽象出物理模型呢？这就需要对所给的信息进行提炼和加工，通过思维加工，采用恰当方法，找到新问题与熟悉的物理模型之间的联系，使新信息与原有知识之间的联系通道保持畅通无阻，从而使新问题顺利地实现模型化，构建起恰当的物理模型。

如以带电粒子在复合场中的运动为背景，利用磁流体发电机的最新原理构建现代科技新情境，使学生从现代科技新情境中及时有效地进行信息获取和迁移，提高建构物理模型、学以致用的能力。磁流体发电机涉及知识点较多：二力平衡、电场力、洛仑磁力、匀强电场的场强公式、闭合电路的欧姆定律、闭合电路的路端电压等。要求学生具有较强综合应用知识的能力，能将通电气体在横向磁场中的流动等效为导体切割磁感线，从而产生感应电动势，同时对磁流体发电所涉及的物理问题进行准确地分析，把导体切割磁感线，回路中的电流、电离气体受力平衡、能量转化与守恒等联系起来，从不同角度进行综合分析，在实际问题的解决中，构建物理现象的场景，建立模型，应用理论规律，拓宽视野。

复杂的综合题往往是由多个相关联的物理模型组成，只有准确还原设计题目时所依据的物理模型，才能在解题者头脑中形成清晰的物理图景，理清正确思路，顺利解题。

中学生在学习活动中，解决每一个物理问题的过程，实际上也是正确选用物理模型，使用模型方法的过程。正确识别、建立物理模型，熟练使用模型方法正是中学生应该具备的基本物理素质。因此，为了培养学生的科学素养及创新能力，逐步掌握科学研究的基本方法，在平时的教学过程中，必须注意培养学生构造和应用物理模型的能力。