论高中物理教学中的物理模型及其重要意义

胡启振

【摘要】物理模型是人们对客观事物以及其运动和变化的高度抽象，是一种非常重要的科学研究方法，是人类智慧的伟大结晶。在高中物理中，有诸多物理模型，而物理模型的构建是教学的关键点，合理的构建过程可以使学生在认知上、能力上、情感上获得巨大收获.本文将从物理模型的概念、构建以及在教学中的作用等角度浅談高中物理中的物理模型。

【关键词】物理模型  分类  构建  教学意义

【中图分类号】G633.7   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）05-0178-01

1.概述

1.1物理模型的概念

物理模型是人们在探索自然界的物质及其运动规律的过程中，逐渐形成的一种巧妙的思维方式和科学的研究方法，即采取忽略次要的非本质因素，抓住主要的本质因素，通过抽象思维或形象思维，运用理想化、简单化和类比等方法，而建立起来的描述或物理对象、或物理状态或物理过程的理想化模型。

1.2高中物理模型的分类

在高中物理的学习活动中，对于任一个物理问题，都要涉及到三个方面的内容。第一，学习和研究的对象是什么？第二，学习和研究的对象处于什么状态？第三，状态变化的物理过程是怎样的？基于此三点，物理模型可以分为以下三种类型：实体模型、状态模型和过程模型。

1.2.1 对象模型：建立在客观实体的基础上，是根据所讨论的物理问题的性质和需要把客观实体理想化。高中物理教学中常见的对象模型：质点、轻绳、轻杆、轻弹簧、不可伸长的细线、恒力、光滑表面、理想气体、理想流体、点电荷、检验电荷、匀强电场、平行板电容器、匀强磁场、电流、电流元、纯电阻、理想二级管、理想变压器、理想电流表、理想电压表、点光源、薄透镜、三棱镜、光子、简谐波、电磁波等等。

1.2.2 过程模型：自然界中各种物理现象的运动和变化过程极其复杂，为了突出事物运动和变化过程的主要因素，就舍弃了次要因素，把物理过程理想化，从而建立过程模型。如力学中的匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、简谐运动等;热学中的等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程。

1.2.3 状态模型：研究流体力学时，流体的稳恒流动状态;研究理想气体时，气体的平衡态;研究原子物理时，原子所处的基态和激发态等都属于状态模型。

此外，在习题教学中，应用以上模型抽象出来比较固定的问题模型，比如：行星运动模型、刹车模型、汽车启动模型、完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞、磁场中金属杆平动切割模型等等。

2.高中教学中物理模型的构建

在高中物理教学中，合理地构建适当的物理模型，不仅能够让学生获得科学知识，还能让学生形成科学思维方法，更能让学生体会到物理思维的魅力，激发学生学习的科学知识的兴趣与热情。故在高中物理教学中构建物理模型时，应遵循以下几个原则。 2.1 遵循形象思维和抽象思维相统一的原则。建立物理模型在于要把握住研究对象的本质特征，这就需要我们首先用抽象的思维，忽略对所研究问题无关的或影响很小的因素，保留对问题有决定性影响到主要因素，然后再利用形象的思维，得到在忽略次要因素以后的物理特征。比如质点模型的建立，抽象掉对物体运动影响很小的大小和形状之后，再利用形象思维，物体就变成了一个有质量的点，从而建立质点模型。

2.2遵循可靠事实和合理外推相统一的原则。物理模型是理想化的，事实并不存在，是人们思维的产物，但是不能脱离事实依据，凭空臆想出来，必须建立在大量的、可靠的实验事实的基础之上，在利用逻辑思维，合理推理，最终建立。比如“自由落体”这一运动模型的建立，伽利略首先从数学推理和实验事实，得到小球在斜面上的运动时做匀加速直线运动，进而将斜面的倾角合理的推广到90°，从而得出自由落体是匀变速直线运动的结论，最终建立自由落体这一物理过程模型。

3.物理模型的构建在高中教学中的重要意义

3.1 有助于学生理解物理概念、物理规律建构过程，并掌握其建构方法。通过对物理现象的分析、综合、归纳、演绎，抓住主要的本质因素，剔除次要的、非本质因素，构建物理模型，并用物理量去量化，由物理概念之间的联系，进而上升到物理规律。在这个建构过程中， 学生全程参与了知识的建构，不仅获得知识的结论，进一步深化了对物理问题认识，更获得了研究问题的科学建构方法。

3.2 有助于学生在解决物理问题中培养其探究意识，发展其探究能力。学生面对物理问题时，首先要从文字和图形中获取所需要的信息，使之图景化。再以高中物理教材中所提供的模型出发，以探究的方式，通过分析、综合、归纳、演绎、等效、类比、抽象、概括、迁移等思维方式去综合加工，构建理想化的模型。然后分析物理模型，找到物理量关系，得出物理规律。物理模型建构是引导学生不断探索的思维过程，不仅可提供学生的思维能力，还能很好地培养学生的探究意识，发展学生的探究能力。

3.3 有助于学生的学习兴趣，培养学生的创造性思维能力。物理模型的建立过程就是一个创造的过程，一个依据对问题的观察、思考后，用思维打造的理想化模型。它必须源于现实，又高于现实，就像是艺术创作，极富挑战性和趣味性。故物理模型的建立过程在使学生获得知识与方法的同时，又能激发学生的学习热情和创新能力。

参考文献：

[1]王溢然.模型[M].新竹凡异出版社，2001.

[2]郑青岳.理想化方法[M].浙江教育出版社，1996.

[3]阎金铎.物理思维论[M].广西教育出版社，1996.