浅谈高中物理学习中的模型思维

摘 要：探讨物理模型在解题中的应用，物理模型培养学生思维能力的途径，旨在达到利用物理模型培养学生思维能力的教学目的。

关键词：高中物理 模型解题 能力培养

钱学森指出：“模型就是通过对问题现象的分解，利用我们考究得来的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所创造出来的一幅图画……”在高中物理学习中，如果模型思维运用得当，解题就会像是看一幅图画一样，简洁而形象。

下面先以牛顿第二定律学习中的“瘤体模型”为例，简单谈谈物理模型在解题时的作用。

1.根据物理情景和物理过程，建立简单、明确的物理模型

例1.如图，A、B两物块的质量分别为2m和m，静止叠放在水平地面上。A、B间的动摩擦因数为μ，B与地面间的动摩擦因数为0.5μ。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。现对A施加一水平拉力F，则

A.当F<2μmg时，A、B都相对地面静止

B.当F=2.5μmg时，A的加速度为μg/3

C.当F>3μmg时，A相对B滑动

D.无论F为何值，B的加速度不会超过0.5μg

这道题在没建立“瘤体模型”的学生眼中，可能很难，而在掌握“瘤体模型”的学生看来，是一道送分题。所谓“瘤体模型”，是指当分析对象有多个，且它们的运动状况一致，如上题中，当A、B运动状况一致时，A就相当于B身上长出的一颗肿瘤，如影随形，故称之为“瘤体模型”。其解题套路是两句口诀：“知内求外，先整（求a）后隔；知外（求a）求内，先隔后整。”由于外力F未知，须从内部入手，即应先隔离受力清晰的物体B分析，求出AB刚好相对滑动时，B的加速度a，再用整体法就可以分析出AB相对滑动时F的大小，剩余的问题也迎刃而解了。

物理模型是依据一定的物理规律为学生提供解决问题的办法。学生掌握好物理模型，在见到问题时马上就有了清晰的思路，在理综考试中，效果显而易见。

2.把模型提炼、简化，变成解题套路

一个模型要成为一种套路，还须对模型简化处理。如“瘤体模型”，其最简化的套路为“a隔=a整”，即在判断物体属于瘤体后，隔离法求一次加速度，再整体法求一次加速度，联立即可求解。

例2.如图，在光滑水平面上有一静止小车，小车质量为M=5kg，小车上静止地放置着质量为m=1kg的木块，木块和小车间的動摩擦因数μ=0.2，用水平恒力F拉动小车，关于木块的加速度a1和小车的加速度a2，正确的有

A.a1=1m/s2，a2=1m/s2 B.a1=1m/s2，a2=2m/s2

C.a1=2m/s2，a2=4m/s2 D.a1=3m/s2，a2=5m/s2

本题“瘤体模型”成立的临界条件是m和M之间的摩擦力为滑动摩擦力，由“a隔=a整”，可得μg=F/（m+M），解得两物块刚好相对滑动的F=12N，而m的最大加速度为a1=μg=2m/s2，所有选项也都顺理成章就能解决了。

3.模型思维能力的培养与训练

如上可知模型思维在高中物理解题中的简易性。但高中生解决问题存在的困难往往就在于不能随着物理情景的变化而建立恰当的物理模型，进而寻找适合的物理规律。因此在高中物理教学中一定要重视物理模型思维的培养。结合教学实际，我谈谈培养模型思维的看法。

（1）增强物理教学过程中学生的建模意识，发展物理模型思维。

物理学中的每一个知识点都是通过适当建模而获得的，故而知识点的教学实际上是物理模型的教学。在教学过程中要注重建立物理模型的方法，以及模型与模型之间的比较、分析、概括等。例如，在讲解电场时，物理模型有：点电荷、电势、电场强度、电场线、电势能、电场力做功等，分析电场力做功时，可将研究对象跟学生非常熟悉的重力场下的重力做功模型相类。

（2）指导学生运用物理模型分析和解答实际问题，在解决问题中培养与训练学生的物理模型思维。

解答物理习题是学生巩固、深化、活化物理知识的有效途径之一。物理习题的设置千变万化，但这些习题一般都是命题者根据某个物理模型，创造出必要的物理情境，进而提出需要求解的问题。因此对于学生来讲，整个解题过程就是在命题者设置的物理情境中，充分考虑已知条件，从原有认知结构中提取、抽象、深化已有的物理模型来构建新物理模型的过程。当它与命题者设计、构建的物理模型一致时，问题即可迎刃

而解。

4.结语

法国科学方法论学者阿雷指出：“科学的基本活动就是探索和制定模型。”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，也是高考选拔具有学习潜能的学生的重要内容。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。

参考文献：

[1] 新课程理念下高中物理教学的思考[J]. 王志祎. 吉林省教育学院学报（学科版）. 2008（10）

[2] 高中物理教学中的模型构建及其实践[D]. 程红光.华中师范大学 2012

[3] 建立物理模型在高中物理解题中的应用[J]. 杨少春. 内蒙古教育（职教版）. 2014（07）

作者简介：周水明（1986.2—），男，民族：汉族，籍贯：广西博白县，最高学历：大学本科 职称：二级教师，研究方向：高中物理，单位：广西北海市合浦廉州中学。