物理模型教学的重要性及实施途径

物理模型教学的重要性及实施途径

蓝耀忠

蓝耀忠

摘要：本文结合当前中学物理教学的特点及近年高考的能力要求，论述了物理中常见的物理模型的种类、特点，提出了在高中物理教学中使用模型教学的重要性，并结合教学实践对培养高中生建立物理模型的能力提出了实施途径。

关键词：物理模型；建模能力；物理模型教学

一、课题的提出

目前在学校延续的主要还是教师讲、学生听的传统教学模式，这种课堂教学方式已经使学生习惯于简化了的物理现象，习惯于抽象的逻辑推理数学运算，而碰上现实生活中的实际问题就束手无策。在大多数的情况下，传统物理教学及有关问题的训练，往往直接给出简化后的物理对象或物理图景，因而在具体问题的处理上，学生缺乏对物理对象和物理场景做理想化处理能力。近几年高考物理试题有以下特点：基础知识和基本技能依然是考查的主要内容，但知识内容的难度有所降低，知识范围的广度有所拓宽，打破了传统的重、难点知识的划分。运用所学物理知识解决实际问题，即所谓应用题所涉及的知识源于课本，又高于课本；通过阅读材料获取新知识，再运用新知识解决实际问题，即所谓信息题所涉及的知识已游离于课本，但最终所考查的仍立足于课本知识，具有“高起点，低落点”的特点。高三学生在高考中丢分的主要原因是，读不懂题目，在解题时，总是在审题这一关容易出问题，不是漏看，就是错看，或没有能理解题目的真实含义就下笔，往往一看就做，一做就错，特别是如何运用新知识解决实际问题时，学生总是觉得十分困难，众多学生感到无法动手。思维容易受到问题表象的干扰，很难抓住对象本质特征，因而难以从实际问题中抽象出物理图景和物理模型，很难将这些具体的实际问题转化为我们平常司空见惯的物理模型，学生不会建立准确的物理模型，形成认识方法上的思维障碍。针对上述这种现象，笔者认为在教学方法和指导学生学习方法上可加强物理模型的教学，提高学生解决问题的应用能力。

二、物理模型

物理模型是指：物理学所分析的、研究的实际问题往往很复杂，为了便于着手分析与研究，物理学中常常采用“简化”的方法，对实际问题进行科学抽象的处理，用一种能反映原物本质特性的理想物质或假想结构，去描述实际的事物。这种理想物质或假想结构称之为“物理模型”。通过建立物理模型能够排除非本质因素的干扰，舍弃次要因素和无关因素，突出反映事物的本质特征，从而使物理现象或过程得到简化、纯化和理想化。如果不建立一定的物理模型，物理概念就难以建立，物理规律就难以得出，物理理论就难以形成。因此，模型方法在研究物理中能起到从事实过渡到理论的桥梁作用。学习物理也离不开建立物理模型的问题，在高中物理中，学生所学习的每一条物理原理、定理或定律都与一定的物理模型相联系，可以说物理模型是物理学的主要研究对象，建立物理模型是物理学中最基本、最重要的研究方法之一，所以，在高中物理应加强建立物理模型的教学。

三、在教学中如何培养学生的建模能力

1.在教学中运用形象化的物理模型，发展物理模型思维

传统的物理教材，安排的教学内容都是已经选择、压缩、改造，具典型化和简约化的特点，更具高度的抽象性。若是照本宣科，学生很难理解所学内容，而若能充分利用图形图片、电视录像、多媒体课件等手段再现知识发生发展的变化过程，用图文并茂的方式向学生提供信息，降低学生学习的难度，并将物理学研究问题的方法和物理思想寓于情景的建立和分析过程中，促进学生开展分析问题的思维活动，自然地“悟”出其中的道理和规律，从而潜移默化，使学生掌握分析物理过程、建立正确物理情景和模型的方法，建立准确的物理模型。例如，在讲解单摆模型时，展示伽利略观察油灯等时摆动的图片或动画，再现模型建立的思维过程。让学生身临其境，感知分析物理过程的方法，建立准确的单摆模型。这样，学生理解了模型的本质，就不会“只见树木不见森林”。在具体教学中，可通过下述方法帮助学生建立物理模型：第一，实验引导。先做有关实验，使学生在脑海中留下一个直观的、具体形象的物理模型，在此基础上作抽象引导，形成一种思维轮廓，变成具有思维特征的物理模型。然后再利用学生思维中已建立起来的物理模型去解决一些实际问题。例如在讲液体压强公式时，需要建立“液柱”模型，就可以采用此方法。第二，下定义。有些物理模型的建立，需要从模型本身的特点给予定义，然后在运用中进一步体会模型的内涵。例如“理想气体”模型的教学。第三，举例。在学生已有知识的基础上，通过举例的方法，引导学生建立物理模型。例如“杠杆”的教学。总之，在教学中如果能充分运用形象化的物理模型，既能帮助学生学习知识，又能发展能力。

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

每一个物理过程的处理，物理模型的建立，都离不开对物理问题的分析。教学中，通过对物理模型的设计思路及分析研究思路的教学，能培养学生对较复杂物理问题进行具体分析，区分主要因素和次要因素，抓住问题的本质特征，正确运用科学抽象思维的方法去处理物理问题的能力。解决实际问题的思维程序大体可分六步，即审题→文字信息（排除干扰因素）→抽象出物理对象和物理情景→寻找问题所满足的定量和定性的规律→建立模型→求解。

第一步，从实际问题中提取与问题有关的文字信息，并用相应的图形或符号表示，使复杂的变化过程直观形象。

第二步，确定物理对象，建立物理情景，运用示意图帮助理解题意，寻找变化规律，建立各物理量的联系。边审题、边画图，并一一把条件和问题用字母符号注在图上，使问题能在脑中形成完整的表象，不至于因忘记条件或问题而中断解题过程的思维去重新审题，同时，示意图能使解答问题所必须的条件同时呈现在视野内，图象成为思维的载体，视图凝思实际上是视觉思维参与了解题的过程。

第三步，建立模型关系，立式求解

笔者所带的08届的学生，高一时运用物理模型分析和解答实际问题，刚开始许多学生不会画图。因此，笔者给以教学方法和学习方法的指导，先加强物理图象图景的教学。一方面在平时教学中，重视教学中示意图画法的训练。教会学生如何通过审题，画示意图，从易到难，逐步消除思维上困难，另一方面在学生的学习练习过程中，重视画图习惯的培养。从高一的第一学期开始，就要求学生把练习本左侧折出三分之一的地方，专门用作画图区，把图象作为建立关系、立方程的依据。画图习惯的培养需要一个过程，对应该画图而没有画图的答题应扣去大部分的分数或可让学生重做，从严要求，形成习惯。同时，重视课本插图的观察和思考，新教材的图片更为丰富，要注意指导学生如何画图、看图，建立文字和图象的联系。养成读图释义，审题画图的习惯，最终能从静态图中联想到动态变化的过程，由动态图中能看到瞬时的状态图景。不断训练学生的物理形象思维和抽象思维。通过这样的教学，这届学生在学习物理时觉得很轻松，在2011年高考中成绩列同类班级的前面。

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建模能力，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。

作者单位：广西南宁市马山县马山中学邮政编码：530600