基于物理模型的课堂教学实践研究

杨静

物理是一门自然学科，主要研究自然界中物质的基本结构和物体运动规律。由于物质世界的多样性与复杂性，因此要准确研究自然现象，探寻现象后的规律，就必须对现象进行思维的抽象及概括。物理模型法是一种行之有效的途径，通过建立物模，对实际问题进行抽象，并找出研究对象之间的关系，建构简单的物模，从而解决问题。

一、缺乏模型建构的物理课堂存在弊端

将已有模型转达给学生是物理教学模型的主要运用方式，虽然能有效的帮助学生熟记客观事物的本质知识，却缺乏从现象到本质的思维过程的训练，学生物理学科能力并未得到培养。实际上，物理模型的给出比引入更有意义。物理模型的引入，可以练就学生高效的抽象思维能力，对解决问题大有裨益。物理模型的构建与运用，是提高物理教学目标的重要手段。

二、物理模型的内涵与特征

（一）物理模型的内涵

物理现象要上升为理论必须经过物理模型的升华，同样，物理理论对物理现象的解释也离不开物理模型。物模是根据研究对象的形状、大小、运动过程、状态、结构等特征，建立起来的高度抽象的、理想化的实体、概念和过程，展示了实际问题中实体、过程、状态、现象的主要特征，便于人们学习和研究。

（二）物理模型的基本特征

物模具有抽象性、形象性、科学性、假定性、完整性、相对性、简洁性等特点。

三、物理模型的分类

中学物理中常见的物模可分为以下几种。

（一）对象模型

如点光源，理想电表，纯电阻用电器等。

（二）条件模型

如光滑表面：不计摩擦阻力；恒力；弹簧作用下的物体运动状态变化问题时，把弹簧看作是轻弹簧。

（三）过程模型

如力学中的匀速直线运动，电学中的稳恒电流等都是物理过程模型。

（四）结构模型

如原子的构成及结构的成因等，在研究磁场空间分布时，引入的磁感线模型。

（五）数学模型

如在表示电流与电压、电阻的关系时，可以用公式I=U/R表示，也可以用数学中的函数图象来表示。

四、物理模型教学的过程

物理模型教学的过程分为五个步骤。

（一）建模铺垫

物理现象、物理事实以及物理问题是多因素作用的复杂客观过程，而受发展局限、实验条件设施、学生认知水平和知识结构等客观条件的限制。我们不能直接建模，必须首先对物理现象、物理事实进行具体、全面的分析，确定研究对象，从物理事实中提出问题。，应充分利用各种教学手段（如物理学家、生活现象、演示实验等）和各种表现手法（模拟法、比较法、圖像法、理想法等）以及现代教育技术设备，向学生展示客观有趣的物理现象，通过不同的教学形式建立假设，确定研究目标，整理初步思路，不仅能激发学生兴趣，还有效训练学生发散性思维，培养学生的想象力和初步建立模型的科学方法。

（二）建立模型

在确定研究目标后，引导学生对客观物理现象和物理事实分析筛选，找出有用信息和因素，根据需要取舍。这里的主要信息包括三方面。

1.目标对象变量，就是可能会导致同一客观物理因素抽象后的物理对象及物理模型类型不同。例如，在不同情况下，一个水平面可以被抽象为光滑水平面，或有摩擦的水平面。

2.目标过程变量，常见的目标过程变量有路程、速度、加速度、滑动变阻器滑片的移动方向、动能、机械能等。

3.目标相互作用，对客观物理问题进行简化和纯化，运用已经掌握的物理知识，对所研究的物理问题、物理现象，通过归纳、演绎、比较、抽象等思维方式，抽象出物理场景，确立简化或理想化物理场景，得出物模的描述方程、约束方程及适用条件。

4.注意学生的认知水平和知识结构的限制，让学生主动参与建模过程，锻炼独立建模的能力，训练建模的科学思维方法，使学生成为物理模型的建立者，而不是物理模型的接受者。

（三）形成概念或规律

在建立物理模型后，引导学生总结归纳物理概念、物理规律，使学生对客观物理问题有更深刻的理解。

在物理规律形成的过程中，要引导学生明确建立物理规律的目的，了解物模到物理规律的转化过程，掌握物理规律的文字表述、数学表达式、函数图像三种表达式，强调物理规律的适用范围和应用条件，使学生对物理问题、物理模型有更深刻的理解，训练学生总结归纳、文字表述等能力，培养学生发散性思维、抽象性思维等思维能力。

（四）应用模型

从理论再回到实践的应用过程具有更重要的意义，它实现了认识的第二次飞跃。对于理想物理模型的教学过程，能应用模型分析解决实际问题更为重要。不仅可以加深对物理模型的理解，还可以对教学效果、学习效果进行检验，获得反馈信息，进而调整教学方法、学习方法，控制教学达到优化。在物理模型教学过程中，注意培养学生独立建立模型、应用模型解决物理问题的能力，进而培养学生的创新能力、对知识的迁移和应用能力。

物理模型的应用可分为三种。一是直接应用。利用概念和规律直接对物理原型进行解释，处理实际物理问题。二是等效变换。当物理情景有所变化，可以将题中所给模型与熟悉模型相比较，找出其相同的本质，用熟悉的模型代替，解决问题。三是综合应用。把知识系统化、活化，将两种或多种物理模型综合在一个实际问题中呈现给学生们，使学生认知结构更丰富、完善，对物理模型的理解更深刻、运用更纯熟，提高思维能力。

（五）反馈评价

在物理模型应用中，学生需要用已有的物理模型和物理建模思想去解决新的实际问题，让学生自主选择或建立解决新问题的物模，引导学生检验符合所用物模和建模思想的适用条件，对物模不断改善，解决新问题。可以促使学生对物理模型的认知更深刻，适用范围把握更准确，有利于学生形成科学的思维方式，培养学生建立、应用物理模型的能力。

物理模型方法是物理学的重要研究方法，能简化问题，直达问题的本质。是物理规律与理论建立的基础。要培养学生的创新精神和解决物理问题的能力，就必须培养学生的物理建模能力，也就必须完善并加强物理模型教学。