李殿胜

摘要：理想物理模型在中学物理实验教学中具有不可或缺的地位，是学生学习物理知识的基础。并且物理模型还穿插全部中学物理课本的各类知识点，学生对大多数主要物理知识、规律的理解、掌握及其物理思维能力的提升都取决于对理想物理模型的掌握程度和理解程度。模型的构建不仅可以纯化相关问题，有利于学生对知识点和物理规律的理解掌握，而且有助于科学锻炼学生思维的张度。在物理教学中要充分加强对学生各项能力的训练，提升模型构建的能力。本文阐述了物理模型与教学的关系并且分析了物理模型在教学中的作用以及运用。

关键词：物理模型；物理模型教学；规律；培养

1 物理模型特点及主要功能

1.1 物理模型的特点

1.1.1 思维的抽象性和模型的形象性的统一

通过抽象进行建模，使物理模型更加形象化。比如外斯塞格和波尔提出的原子液滴模型。他们在实验的基础上提出了它具有均匀的密度并且不可压缩，就像液滴的特性那样。于是他们把原子对比液滴，提出了原子液滴模型。通过这个例子我可以很清楚的看到，用液滴作为模型去了解我们看不到的原子，其过程是抽象的，结果却是形象的。

1.1.2 模型的科学性及假定性的辩证统一

物理模型具备深刻的理论知识，即具备必然的科学性。理想模型是人类抽象思维的成果，因此也有一定的假定性。例如，我们之前所说的原子核液滴模型。它是在实验的基础上提出了它具有均匀的密度并且不可压缩的特性，所以在一定程度上具有科学性。他们也把原子比作液滴，构建液滴模型去了解原子的特性。但两者始终并非同一物，各自肯定存在些许差别，所以一定程度上具有假定性。

1.2 物理模型的主要功能

①将问题简化，从中快捷地看出其中物体运动的基本规律。

②运用模型可以解释现实情境中的物理现象。

③经常构建模型可以锻炼人的逻辑思维能力，促进人的全面发展。

④物理模型促进人对事物的理解，理解才能合理的改造，促进社会的发展。

2 中学物理中常见的物理模型

2.1 “质点”物理模型

“質点”模型在中学实验教学活动中是接触最多的模型。它是中学物理中最简单的物理模型之一，是许多物理模型的基础。因此实验教学中应给以足够的重视。在“质点”模型的实验教学中，首先要讲清引入“质点”模型的目的性和必要性。当我们在探究一个物体的运动时，首先要确定物体的具体位置。因为每个物体都具有一定体积、形状、大小，内部结构也不尽相同。在物理发生运动时，这些状态的位置变化一般都各有规律可循，要把这些规律都描述出来不是容易的事。

2.2 刚体物理模型

在某些条件下，物体的体积形态的变化属于非本质特征，那么我们就可以将物体抽象为刚体。所谓刚体就是各个点能保持相对静止的物体。任何坚硬的实际物体作为一个质点系，在外力作用下，各质点之间的距离都有变化。反映为物体大小、形状或内部各组元相对位置的变化。但在很多情景下，这种变化都很小，对所讨论的对象的影响能够忽略掉。这样把它当作刚体来研究从而可以使问题大大简化。但是在实际条件下，判断一个物体是否能看作刚体还要看具体情况。我们常见固体转移一般形变很小，都可以看作是刚体。

2.3 弹性体与范性体物理模型

对一个物理施加外力，使之发生形变，去掉外力后物体能恢复原状的物体叫弹性体。这种形变称为弹性形变。在教材中的弹性碰撞的物体和弹簧都是我们说的弹性体。物体间弹力是作用在彼此接触而产生弹性形变的物体之间，其弹力大小遵循胡克定律。与弹性体对应的模型就是范性体。它是指材料在外加力作用下超出弹性极限后仍变形而不断裂，这时若去掉外力，仍有部分形变不能还原，该物体称为范性体。

2.4 杠杆物理模型

在初中物理中讲到了“杠杆”，在实际运用杠杆时，影响杠杆平衡的因素是很多的，除了加在杠杆上的动力和阻力外，杠杆本身的重量，挠曲变形，支点处的光滑程度等等都影响杠杆的平衡。通过对主体探究后把握主要特征，忽略次要特征，可以抽象出了“杠杆模型”。我们所说的杠杆模型是指重量能够忽略且光滑的刚体。经过探究发现了理想杠杆的平衡条件与动力、动力臂、阻力与阻力臂有关，即平衡条件为动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积。

3 物理模型对中学物理实验教学的促进作用

3.1 培养正确的科学思维方法

在中等物理实验教学中，物理思维能力就显得尤为重要，而增强中学生物理思维能力的前提是让学生保持独特的思维习惯。刚刚接触物理的学生大多数只专注于书本知识点的死记硬背，这种死记硬背的思维方式肯定是不合适的，而且在中学物理的不同阶段，也要求学生掌握不同的思维方法。这些思维方法的要领和特点的驾驭水平直接决定着学生的学习效果以及物理思维的发展，所以要重视培养学生构建以及使用正确的思维方法。在平时的中学物理讲授中，让学生对物理模型的分析经过也就是思维方法训练经过。确保学生能够运用正确的科学的思维方法了解物理规律和概念。

3.2 理解物理学中的难点

中学物理中有许多比较抽象知识点，学生在短时间内要掌握和理解这些知识通常比较费力。但学生如果能运用物理模型来理解就不一样了，它是以现实生活中的物体经过一系列科学抽象后的结果，反映了该物体的主要特征。物理模型实验教学可以突出问题的主要特点并且忽略一般因素，有利于学生构建起准确的物理模型，使研究的物理问题由繁到简、由难到易的过渡，达到教学难度降低的作用，使学生容易掌握和理解该物理现象的规律和本质特征。例如“点电荷”、“质点”的概念。学生初次接触这几个概念时，往往抓不住概念的本质，这时候构建概念模型就可以解决这个问题。

3.3 形成科学的预见

由于物理理想模型的构建过程中忽略了大部分的次要因素，主要反映事物的主要特点，这样方便学生发展物理思维的能力，也可以使得探究事物的成果可以跨越现有生活条件，引导事物探究的方向，构成科学的预见，从而得到正确的物理规律和定理。例如在探究平抛运动的规律时，我们一般先将该问题简化为两个过程：第一个过程，质点在水平方向上受力为零，因此做匀速直线运动；第二个过程，质点在重力方向上仅受重力的作用，就会预见到质点做自由落体运动。通过这样处理可以使曲线问题得到大大的简化，从而总结出其运动的规律。

4 物理模型在中学物理实验教学中的运用

4.1 建立模型概念，理解概念实质

为了使人类大脑中的客观事物有深刻的反思，它必须与人类的大脑有联系起来，使之具体化、可视化。概念模型是暂时忽略掉非本质特征，以及对当下探究影响不大的小小因素。抓住该物理现象的主要特征，了解事物的条件，然后使用理想化的概念模型来解决现实的物理现象。如学习“点电荷”、“质点”这些概念时，构建概念模型可以使学生更容易理解其中的本质。

4.2 突出模型的主要矛盾

条件模型就是为讨论和求解问题起到排干扰、做铺垫的作用。把给出的物理条件进行建模，忽略条件中的次要矛盾，突出条件中的核心矛盾。如我们在探究球拍与乒乓球碰撞时，因为拍跟球相互接触的时间很短，可以不计摩擦和其他阻力。能够认为该体系的总动量不变。条件模型的构建可以大大简化我们探究的物理现象。

4.3 通过过程模型构建物理图景

过程模型顾名思义就是把物理过程进行理想化在进行建模。其错综复杂的变化过程经过人为处理成为容易理解的物理过程。如热学中的等压过程，它是撇开了次要因素突出本质因素的过程模型，这条件在现实中是不存在的。我们知道过程模型可以由无数个状态模型累积而成，将这些状态模型在坐标系表示出来，最后得到的轨迹就是过程模型。不难看出过程模型的构建不仅可以纯化相关问题，有利于学生对知识点和物理规律的理解掌握，而且有助于科学锻炼学生思维的张度。

4.4 转换物理模型，深入理解模型

采用理想化模型进行探究，我们可以完全避免次要条件的影响。在脑海里与讨论的对象的核心要点进行思考，可以快速，了当地掌握该对象的主要特征和结论。在学习单摆模型后，我们可以利用该模型公式解決相关类似的物理现象。比如受重力的小球在圆形轨道的往返时间。也就是说，在深入了解某种模型之后，我们可以把这种模型思维扩展到其他物理问题。

5 培养中学生的模型思维能力

5.1 中学生思维发展的特点

大部分的初中生逐渐形成一定逻辑思维水平。然而，理论水平还不够成熟，只能依靠具体的形象来引导思维发散。思维的品质不够稳定，思维程度的差距更为明显。高中生的逻辑思维有显著的提升，抽象和概括水平更强。但还需要图示来促进推理过程。在某种程度上，他们的自我认识能够有意识地控制和调节他们的思维。并且数学上表现出来的思维能力也达到了比较高的水平。

5.2 重视学生的观察、综合分析和思维能力

很多信息通过观察都是可以得到的，很多信息与我们所探究的对象各个方面的问题均有关系在探究和观察某种物理现象后，我们要总结归纳出它们的共同特征，这是我们在构建物理模型时需要注意的。一个人的综合分析能力体现在是否能把“一分为多”的能力。长期训练模型思维，也有助于锻炼学生发展想象能力，而想象能力又可以推动模型思维能力的培养。不妨借助某些设备帮助我们训练学生的联想能力，如计算机能够把因为运动太快导致人眼看不清楚的过程，或现实生活中不容易看清的现象都展示出来，有助于我们对其进行想象。

5.3 理解物理模型的特点和功能

鉴于这些现象，我们一定要加强学生的模型思维意识。因为模型是理想化的探究，它发挥的功能是简化探讨的对象。在学习活动中，我们都要与学生一起商讨概念，商讨其属于哪一种模型，这种模型在哪些情况下才会成立？构建模型的准则有哪些，理想化了什么非本质特征以及它拥有的主要特征。同时要明确理想化模型和实际物理现象的差别。通常建立一个模型是从多个物理现象中归纳建立起来的，所以一个物理模型可以对应多个物理情景。当在学习活动中使用旧的物理模型探究新的物理现象时，必须要注意如何将新现象归纳进旧模式中。学生只有经过连续不断的训练，才能使物理模型的认识不断提高。

5.4 了解构建物理模型的方法和要求

通过实际不断的培养和持续的训练掌握构建正确的物理模型。在日常的物理课或者自习中若是碰到与模型相关的物理现象时，让学生了解构建模型来分析该现象，明白物理模型发展的意义。在物理授课活动时，要有计划、有方针的指导学生观察实验和现实生活中的物理情景。然后对实验观察的资料加以概括，构建出体现该现象本质特征的模型。

总结

在倡导素质教育的环境下，物理实验教学不能一昧的进行灌输教育，应该要重点培养学生的各种能力，比如模型思维能力。利用物理模型授课有利于学生对物理现象、概念的理解，因为其可以突出对象的主要特征，忽略次要特征。在实验教学活动中，一定要以物理模型为中心点进行展开教学，让学生掌握模型的构建方法，以长期的训练来促进学生各项能力的培养。

参考文献

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[2] 郑艳秋.中学理科学生物理模型能力的评价研究[D]. 上海：华东师范大学大学，2007.

[3] 梁丽仪. 浅谈中学物理教学中的建模[J]. 教育管理与艺术，2014（05）：86

（作者单位：山东省青岛第六十六中学）