高中物理模型课有效教学的探讨

陈宗造

物理模型就是通过简化、类比、抽象、理想化等方法，将物理现象进行高度抽象的一种研究方法。正如霍利斯特所说，模型方法乃是人们所说的“科学方法”的核心。因此，建立“物理模型”是物理学研究最重要的方法，也是有效的方法，是物理学理论体系的基石。例如：质点、单摆、简谐运动、理想气体、匀强电场等都是物理模型。

一、高中物理模型的分类

结合高中物理新课程的现状，在中学阶段，物理模型可粗略地分为条件模型、过程模型、对象模型三大类。条件模型是对研究对象所处的条件进行理想化，如从所周知的光滑模型。过程模型是依据研究过程的主要特征进行构建的物理模型，如完全弹性碰撞。如果对实物对象的各种物理状态参量进行简化抽象，那么我们就建立了最主要的一类物理模型——对象模型，如质点模型。当然，有些物理模型也可能是多个物理模型的组合，如理想气体模型，它是由将气体分子视为质点模型和将分子间碰撞视为完全弹性碰撞的完全弹性碰撞模型组合而成的。

二、学生建模的思维障碍

通过分析学生课堂情况、作业情况、考试情况等，我们不难发现学生在建模中主要存在以下思维障碍：（1）基本模型没掌握。学生对模型的适用条件、所遵循的规律等模糊不清。例如，有的学生认为很小的点就可以看成质点，理想气体体积变化将导致气体内能的变化等。（2）各种相似模型混淆。学生在解题时不认真审题、仔细分析过程，极易造成模型的混淆。例如，.圆周运动中绳、杆模型不分，汽车以额定功率起动还是恒定牵引力起动混同等。（3）受思维定式影响。例如，汽车在平直的公路上以20 m/s的速度前进，关闭油门后做匀减速运动，加速度大小是4 m/s2。汽车在关闭油门后8S内运动的位移是多少？学生往往把整个过程当做匀减速运动模型而直接套用位移公式，这就是思维定式产生的消极影响。另外形象思维和抽象思维能力差、认知水平低、学习能力和实践经验不足等都会成为学生建模的思维障碍。

三、学会物理模型的组合与迁移

首先，让学生深刻领悟教科书中的物理模型。在猜想库仑力与哪些因素有關这一环节后，教师应引导学生正确建立点电荷模型：我们的研究总是从特殊走向一般、从简单走向复杂。在这样一个具体的情境和教师有意识的引导下，学生会利用质点知识的迁移，比较自然地提出先不计电荷的形状而只保留电荷量的类“质点”模型——点电荷。在后续的教学中，教师可利用习题教学、与质点模型的类比等进一步深人剖析点电荷，让学生牢牢地抓住点电荷的条件，从而顺其自然地达到让学生深刻领悟点电荷本质的目的。

其次，让学生灵活地转换物理模型。有些物理问题不能直接利用现成的模型加以解决，如双线摆周期的问题、复合场中带电粒子运动的问题等。此时，教师应引导学生仔细深入地分析问题，利用知识的迁移，抓住教科书中原有物理模型的本质特征，对其进行等效处理，把其迁移转换到当前的物理问题中来。这样的转换，不仅简化了原有的复杂问题，而且丰富了教科书中原有物理模型的内涵。

第三，努力增强学生的建模意识。有经验的乒乓球教练普遍认为，意识比技术更重要，技术不好可以培养，但意识不好则很难改变。可见，虽然建模能力并非一朝一夕就能培养出来的，但良好的建模意识的确是建模能力发展的基石，只有具有良好的建模意识，学生才能在解决问题时通过多角度分析建立模型，并积累和丰富自己的模型体系。因此，教师要在教学中经常通过正确程序的解题示范，培养学生的建模意识。

四、掌握利用物理模型解题方法

学生建模能力的强弱可在分析和解答物理问题中一目了然。我们知道，分析和解答物理问题的过程，就是建立和使用物理模型的过程。怎样在习题求解中建立物理模型呢？我们先来看一道题目。

原地起跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。从开始蹬地到离地是加速过程（视为匀加速），.加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”。离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。现有下列数据：人原地跳的“加速距离”d1 =0. 50 m，“竖直高度” h1=1.0 m;跳蚤原地上跳的“加速距离”d2=0. 00080 m， “竖直高度” h2=1.0 m. 假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距离”仍为0. 50 m，则人上跳的“竖直高度”是多少？

分析：人（跳蚤）从曲腿到直立这一过程涵盖了两个物理模型，一是对象模型——人（跳蚤）的重心，二是过程模型——初速度为零的匀加速直线运动。人（跳蚤）离地后重心继续上升这一过程小仅涵盖了原有的对象模型，而且过程模型变为竖直上抛运动。

实践表明，许多学生的物理解题模式为审题、套公式、求解。这种模式的形成，主要是受数学解题模式及以前求解简单题的成功经验造成的。但是，对于情境复杂一些的问题，不论是定性解释还是定量计算，都需要遵循一套规范化的程序，才能保证思维合理有序地进行。这套规范化的程序是：解读物理信息、进人物理情境、形成物理问题、明确研究对象、建立物理模型、确立物理关系、将物理关系转化成数学关系、求解及检验等。