高中物理建模能力的培养

张永健

【内容摘要】物理模型方法是物理学中最常见、最重要的科研方法之一。物理模型也是中学物理的重要内容，正确建立物理模型的能力是高中学生必备的能力，作为一名物理教师，我们在平时的教育教学过程，应给有意识的培养学生的建模能力，使得学生能够适应物理的学习，最终能够让所学的物理知识用于生活，服务于生活。

【关键词】中学物理 建模能力 培养

在平时的物理教学中教师都很注重物理模型和物理过程模型的建立，但是学生总不能从中得到领悟，问题处在哪里？可能是我们教师的一厢情愿，认为学生都领悟到了，但是如果我们教师自己都没有引起重视，那就是我们自己做的很不够，纵观十几年的物理教学，物理建模能力一直是师生们永远的伤痛，所以作为教师我们平时更应该不厌其烦的加于强调，强调，再强调。

一、物理模型及其特点和分类

（一）物理模型的特点

物理模型是从同类的物理问题中，只抓问题的本质，忽略次要因素。故典型性是物理模型的首要特点；其次，物理模型作为一种研究问题的方法，在整个物理学研究，以及其他学科领域的研究中发挥出了不可替代的作用。故其还具有方法性。

（二）物理模型的分类

物理模型通常可以分为四类，即“实体（物理对象）模型”、“理论（物理过程或物理状态）模型”、“物理条件模型”和“数学模型”。

1.“实体模型”是在研究的一定限度内，按照物理客体的本来面貌，相当精确地抽象出其本质特征。这类模型一般用于建立物理概念和探索物理规律。如质点、弹簧振子、点电荷、理想变压器、无限长直导线，原子的模型，点光源……另外，像光线、电场线、磁感线等是根据物理客体表现出来的物理性质，用理想化的图形来模拟物理客体而引入的一类理想模型。

2.“理论（物理过程或物理状态）模型”是在观察、实验的基础上，经过物理思维，对某一物理研究对象的相互作用、运动规律等进行一种简化、深入的描述。这类模型一般用于分析物理事件发生的过程，建立物理情景。

3.“物理条件模型”是把物体所处条件理想化。例如，当研究微观粒子在场中运动时，因为G

4.“数学模型”我们在构建物理模型的同时，也在构建表现物理状态及过程规律的数学模型。（1）可以借助数学模型描述物理概念和定律，如ρ=m/V，F=Gm1m2/r2，E=n（△Φ/△t）；（2）可以借助数学工具推导出具有普遍性的结论；（3）借助数学知识顺利地归纳和计算实验结果，快速解决物理问题。

二、物理建模能力的培养

从物理学的角度看，“建模”，就是把我们要研究的物理对象或物理过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法形成物理模型。

例如，在处理天体问题时的“行星模型”和“球体模型”。“行星模型”是将星体绕中心天体的椭圆轨道运动，近似看作匀速圆周运动。“球体模型”则是忽略了星球的自转，认为万有引力等于该星球表面物体所受的重力。这样建立了物理模型后，学生便可以自己将匀速圆周运动的知识应用于天体运动，从而避免了众多繁琐公式的记忆，同时也抓住了此类问题的本质。又如，“交变电流”一章中“理想变压器”模型的建立是解决中学物理中变压器问题的基础。由于实际变压器在变压过程中受“漏磁”、“原、副线圈本身的电阻”等因素的影响较小，作为次要因素可以被忽略掉。这样便建立了一种“无漏磁，线圈无电阻”的“理想变压器模型”。再根据互感的原理才得到了变压器的变压原理，即：U1/U2=n1/n2和I1/I2= n2/n1。学生理解、掌握了这种变压器模型，便给解决这一类问题奠定了坚实的基础。

“模型转换”是培养学生建立物理模型的一种切实可行的办法。如果说学生认识模型是“建立模型”的话，那么解题则是“建立模型”的逆过程。在研究物理时碰到的新模型，通常是由一些我们熟悉的旧模型中发展或转变而成。因此对于与原模型有相近的运动状态或相似的物理性质对象，应把待解问题纳入到已有的模型中去。由于客观事物是无限的，而物理模型是有限的，尤其是对于中学物理教学，由于学生的认知水平的制约，很多时候学生不能快速、准确的建立起他们熟悉的物理模型，所以需要我们多对学生进行“模型转换”的引导。

由于学科特点，使得物理学科对培养学生的建模能力有其独具的优势。从物理学的发展历史来看，“建模”起着推动其前进的作用，建立物理模型在解决物理问题中起着至关重要作用。不管问题是否简单，都需要正確建立模型，建模可以从“数、形、链”三个方面进行，所谓“数”，即物理量，可以是具体数据，也可以是符号；所谓“形”，就是将题设物理情境以图形的形式呈现出来；所谓“链”，即情境链接和条件关联，情境链接就是将物理情境分解成物理子过程，并将这些子过程由“数、形”有机地链接起来，条件关联即“数”间关联或存在的临界条件关联等。“数、形、链”三位一体，三维建模。

总之，物理新课标突现出两大鲜明特征：一是提倡从生活走进物理，从物理走向社会；二是科学探究贯穿始终。这说明：授之以鱼不如授之以渔。以模型为载体培养学生科学探究能力符合物理学科的特点，这不仅能够有效地促进物理成绩的提高，还会使学生会学物理，最终提高学生们分析、解决实际问题的能力和创新能力。

（作者单位：福建省永安市第一中学）