谈物理模型在教学中的作用

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1、谈物理模型在物理教学中的作用谈物理模型在物理教学中的作用物理学是研究物质结构和运动规律的一门学科。由于自然界物质种类繁多， 运动错综复杂，相互作用又各具特色，因而人们为了达到对物理事物本质和规 律的认识，在实验的基础上，通过分析、综合、比较、分类等思维过程，对研 究对象做一种简化的描述或模拟。人们为了研究物理问题的方便和探讨物理事 物的本质而对研究对象所作的这种简化的描述或模拟，就是物理模型。物理模 型在物理教学中是不可或缺的。一.物理教学是建立物理模型并用来解决问题的过程物理学是一门由概念和规律组成的实验学科。物理教学要求学生在教师的 引导下，在观察、实验、分析、综合的基础上，建立概念，形成

2、规律，学会应 用。物理学中的各种基本概念，如物质、长度、时间等都是物理模型。因为它 们都是以各自相应的现实原型为背景，加以抽象出来的最基本的物理概念。那 些反映特定问题或特定具体事物结构的物理模型，如质点、点电荷、理想气体、 理想变压器、匀变速直线运动，简谐运动等，是理想化的物理模型。那些用形 象化的手段、采用示意图或制作出与实体相似的模拟，如用铁屑模拟磁感线、 直流电机的构造示意图、发电机模型等，则是模拟式物理模型。那些由概念与 概念推断出的各种结论及在实验基础上产生的物理规律，往往以字母的形式， 通过数学的手段描述出来，如欧姆定律、牛顿第二定律、法拉第电磁感应定律 等，可称之为数学化的物理

3、模型。由此可见，物理模型在物理学中无处不在。 从物理学的发展看，物理模型在物理学的发展中发挥着重要作用。从某种意义 上讲，物理学也是一门模型科学。物理教学是物理教师引导学生建立物理模型， 并学会应用物理模型解决物理问题的过程。二、物理模型的建立是学生物理思维能力发展的结果物理学是观察、实验和思维的产物。它是由物理概念和物理规律组成的完 整的科学体系。物理概念主要是用抽象的方法建立起来的。物理规律主要由归 纳、演绎和类比推理而发现的。而抽象、归纳、演绎和类比是物理学突出的思 维方法。物理思维不仅具有抽象性，而且具有形象性。抽象思维是物理思维的 核心，形象思维是物理思维的先导。物理模型是物理思维的

4、产物。物理模型的 建立离不开抽象思维、形象思维及直觉思维。物理模型的建立过程是一个抽象 思维和形象思维相结合的过程。建立的物理模型是抽象性与形象性的统一体。 如质点模型的建立是借助于实物形象，主要利用了抽象的方法，用一个没有大 小、形状，只有质量的抽象的几何点来代替有形的物体，这是抽象性与形象性 的统一体。再如，忽略摩擦阻力和弹簧质量的弹簧振子模型，忽略分子大小和 相互作用的理想气体模型，玻尔的原子结构模型等等，都是形象思维和直觉思 维作用的结果。因此，建立物理模型必须借助物理思维，物理思维的发展必将 有助于物理模型的建立，而物理模型的建立是物理思维能力发展的结果。三、教师善于诱导学生建立物理

5、模型有利于减负增效物理学的难教难学，让许多师生困惑、苦恼。究其原因，教师不善于帮助 学生建立物理模型或建立物理模型的意识淡薄是重要原因。学生头脑中有形象 化的实物模型和抽象化的诸多物理模型，并能灵活的提取、应用、置换、迁移 物理模型，是学生学好物理的充要条件。学生对物理概念、规律的理解不深不 透，说明学生头脑中的物理模型是含糊不清的。即便强行建立了概念、规律的 物理模型，但在具体应用时又感到手足无措。在应试教育甚行，题海战术泛滥的氛围中，如何跳出题海，提高学习效率，笔者以为，正确理解物理概念和规 律是前提。在遇到具体的习题时，要善于寻找模型解决实际问题，再在解决实 际问题的基础上建立新的物理模

6、型，实现新的迁移和飞跃。如高中物理经常碰 到的子弹打木块的模型。其意是在光滑的水平面上放有一木块，子弹以一水平 速度射击木块，最终子弹留在木块内。已知子弹与木块间的摩擦力为 f，子弹打 入木块的深度为 d，则子弹射入木块的过程中系统所产生的内能 Q 为 fd，即 Q=fd。要解决上述问题，需要利用动能定理、动量守恒定律去分析求解。求解 时将子弹视为质点，且一直沿水平方向前进，研究对象也要随机转换。其结论 Q=fd 具有一般性，在诸多习题中有应用。Q=fd 可抽象的表述为两个物体之 间因摩擦而产生的内能等于两物体之间的摩擦力与两物体相对滑动的距离(或总 路程)之乘积。这一由子弹打木块的模型推导出

7、的结论，对快速计算两物体因摩 擦而产生的内能十分方便。另一方面，如果知道了两物体产生的内能(有时往往 等于系统机械能的损失)和两物体间的摩擦力大小，我们也能很方便的求出两物 体相对滑动的总路程。这一点，在解决物体往复运动的问题时非常便利。总之，在物理教学中，物理老师要善于帮助学生建立物理模型，并使学生 学会利用物理模型解决实际问题。只有这样，物理学才不再枯燥难学，而物理 学丰富的内涵和独特的思维方法在物理模型的建立与应用的过程中必将被学生 所理解与应用、信服与欣赏。教学中物理模型的建立教学中物理模型的建立物理学是一门应用科学。在近几年的中考中出现了大量的与实际生产、生 活相联系的题目，体现了

8、“从生活走进物理，从物理走向生活”的新课程理念。 要解决这类问题，能否将实际问题与头脑中已有物理模型建立联系，将实际问 题转换为物理问题是关键，物理模型在实际问题与物理问题间起到了桥梁的作 用，本文从物理模型的概念、教学中物理模型的建立两方面作以下阐述。一、什么是物理模型一、什么是物理模型自然界是纷繁复杂、千变万化的，人们要研究的实际问题往往有众多的因 素，为了研究问题的方便，物理学上常常采用“简化”或“理想化”的方法，对实 际问题进行抽象化处理，保留主要因素、略去次要因素，得到一种能反映原物 质本质特性的理想的物质（过程）或假想结构，此即为物理模型。物理模型是 形象思维和抽象思维的统一，是物

9、理学研究的常用方法。二、教学中物理模型的建立二、教学中物理模型的建立俗话说，台上一分钟台下十年功，要想在考试中熟练地运用模型法解决实 际问题，关键是在平时学习中是否在头脑中建立准确、清晰的物理模型，是否 有足够的物理模型积累。在初中物理教材中，绝大部分内容都是以物理模型为 基础向学生传达知识的。下面就在平时教学中如何帮助学生建立清晰、准确的 物理模型、夯实基础知识，谈几点看法供同行参考。1注重实物、图片、活动挂图等的展示注重实物、图片、活动挂图等的展示人们对事务的认识过程，总是从感性认识到理性认识。心理学研究表明， 人脑对事务的认识是从表象开始的。这就要求教师在教学中，要尽量多地将实 物、图片

10、等展示给学生，以形成表象基础。2重视实验教学重视实验教学物理学是一门实验科学，观察和实验是研究物理学的根本方法。实验是连 接认识的主体和客体的纽带。实验首先为物理概念和规律的建立奠定了表象基 础，在学生的脑海中形成了一个个具体形象的物理模型，更为重要的是通过有 目的的实验，可以引导学生由抽象思维形成具有思维特征的物理模型。 有些物理概念和规律，学生在生活中很少感知，那么在主体和认识客体间 就缺少必要的中介物。例如：在讲电和磁的关系时，只有做好实验，学生才能 发现、理解电生磁、磁生电、磁场对电流有作用等物理现象，形成清晰的物理 模型。学生头脑中有时积累了一些感性材料、生活经验，但有些经验是模糊的

11、、 动摇的、甚至是错误的。这就要求教师在教学中进行生动演示，突出主要部分， 使模糊的得以鲜明，对错误的加以改正。例如：学生根据自己的生活经验对运 动和力有些模糊的认识。在教学中就要做好斜面小车实验，分析实验，推出牛 顿第一定律，在这基础上更好理解运动和力的关系，在头脑中形成关于运动和 力的关系的正确模型。3用虚拟法建立物理模型用虚拟法建立物理模型有些模型在实际中是根本不存在的，但为了研究问题的方便，我们往往形 象地引入一虚拟的物质结构或过程。例如，为了便于描述光的传播，我们引入 了光线；为了便于描述磁场的方向，我们引入了磁感线。4用类比法建立物理模型用类比法建立物理模型有些物理现象、规律，我们

12、无法直接展示给学生，这时如果我们用学生头 脑中已有的物理模型作类比，可以帮助学生建立新的合理的物理模型。例如：对于分子间的作用力，其引力和斥力是同时存在的，但有时引力大 于斥力，有时引力等于斥力，有时引力小于斥力。教学中为了让学生形象地理 解这一知识，可引入这样一物理模型作类比：一弹簧一端各有一个小球，当弹 簧处于自然状态时，相当于分子处于平衡位置距离，引力等于斥力；当弹簧被 拉长时，相当于分子距离大于平衡位置距离，引力大于斥力，表现为引力；当 弹簧被压缩时，相当于分子距离小于平衡位置距离，引力小于斥力，表现为斥 力。再如，电压和电流的概念学生是很陌生的，也无法通过实验来展示研究， 但水压和水

13、流学生是比较熟悉的，通过合理的类比，可以帮助学生建立电压、 电流的物理模型。5及时练习，准确把握物理模型及时练习，准确把握物理模型要对事物形成理性的认识，往往要经历一个过程。通过学习，学生在头脑 中形成了一定的物理模型，但往往有把握不准的问题。及时地举例、练习、矫 正，可以帮助学生准确地把握物理模型。例如：能绕着固定点转动的硬棒叫杠 杆。但如果只是泛泛地谈这一定义，并不会取得好的教学效果。教学中，在讲 了直的杠杆后，可向学生列举弯曲杠杆，将放在地面上的油桶抬起，将圆柱体 滚上台阶等实例，通过这些实例的练习、分析，使学生认识到不管形状如何， 只要是能绕着固定点转动的硬棒，就可以看作杠杆，从而准确

14、把握了杠杆这一 物理模型的本质特征，为以后解题奠定了基础。6注重物理模型的整合注重物理模型的整合教学中教师要有意识地引导学生对各物理模型进行分类，比较，形成系统 完整的知识体系。例如，在电学复习中，要引导学生总结串联电路中的电流、 电压、电阻、电功率、电压分配、电功率分配等特点，总结并联电路的电流、 电压、电阻、电功率、电流分配、电功率分配等特点，并比较串、并联电路特 点的异同点。通过对各个物理模型的比较、总结，可以使头脑中的各个物理模型更加清 晰，形成较完整的物理模型体系，同时培养了学生善于总结物理现象、规律中 的异同的能力，为学生在解决实际问题时练就“去伪存真、去粗取精”的能力奠 定了基础

15、。物理模型在教学中的运用物理模型在教学中的运用 物理学是一门研究物质最普遍、最基本的运动形式的自然科学。而所有的自 然现象都不是孤立的。这种事物之间复杂的相互联系，一方面反映了必然联系 的规律性，同时又存在着许多偶然性，使我们的研究产生了复杂性。例如，在 研究物体的机械运动时，实际上的运动往往非常复杂，不可能有单纯的直线运 动、匀速运动、圆周运动。为了使研究变为可能和简化，我们常采取先忽略某 些次要因素，把问题理想化的方法，如引入匀速直线运动、匀变速直线运动、 匀速圆周运动和简谐运动等理想化的运动。这就是先建立物理模型，然后在一 定条件下，用于处理某些实际问题。物理模型是在抓住主要因素忽略次要

16、因素 的基础上建立起来的，它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。一、物理模型在教学中的作用。建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。例如，我 们在运动学中建立了“质点”模型，学生对这一模型有了充分的认识和足够的理 解，为以后学习质点的运动、万有引力定律、物体的平动和转动，以及电学中 的“点电荷”模型、光学中的“点光源”模型等奠定了良好的基础。使学生学习这 些新知识时容易理解和接受。建立和正确使用物理模型有利于学生将复杂问题简单化、明了化，使抽象的 物理问题更直观、具体、形象、鲜明，突出了事物间的主要矛盾。建立和正确使用物理模型对学生的思维发展、解题能力的提高起着重要的作 用。可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易，起到事半功倍的效果。二、中学物理中常见的物理模型。物理模型是物理思想的产物，是科学地进行物理思维并从事物理研究的一种 方法。就中学物理中常见的物理模型，可归纳如下：1、物理对象模型化。物理中的某些客观实体，如质点，舍去物体的形状、大 小、转动等性能，突出它所处的位置和质量的特性，用一有质量的点来描绘， 这是对实际物体的简化