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1、学号20095040104本科毕业论文学 院 物理电子工程学院 专 业 物理学 年 级 2009级 姓 名 杨超 论文题目 物理模型在中学物理教学中的作用和意义 指导教师 刘慧 职称 高级实验师 2013年05月01日目 录摘 要1Abstract1引言11 物理模型的概念22 物理模型的种类22.1 理想化物理模型和探索性物理模型22.2 对象模型、过程模型和理论模型23 物理模型在中学教育中的作用53.1 物理模型可以培养学生正确的科学思维方法53.2 物理模型具有教师传播知识和学生获取知识的桥梁作用53.3 物理模型具有软化教学过程的作用64 物理模型在中学物理教学中的意义64.1 物理
2、模型能够促进学生适应新一轮课程改革64.2 物理模型能够促进知识迁移创新学习64.3 物理模型能够满足高考改革的需求65 培养学生构建物理模型的能力65.1 引导学生主动掌握建立物理模型的方法65.2 模式化构建模型步骤75.3 充分利用教学资源降低构建模型的难度75.4 重视思维程序训练7结束语8参考文献8物理模型在中学物理教学中的作用和意义 学生姓名：杨超 学号：20095040104 学 院：物理电子工程学院 专业：物理学 指导教师：刘慧 职称：高级实验师 摘 要：在我国的传统物理教学中，教师比较注重知识的传授，教学活动的开展都是围绕如何有效地传授物理知识。在这样的环境下，学生的知识掌握
3、比较牢固，但随着教育改革的深入，对学生解决实际问题和探索性问题能力的要求越来越高，传统的教育模式已经无法满足学生能力提高的需要。针对这一现象，本论文提出应该重视物理模型在中学物理教学中的作用和意义。本文主要介绍了物理模型的概念、分类以及在中学物理教学中的作用和意义，最后还介绍了培养学生构建物理模型能力的方法。 关键词：物理模型；作用和意义；模型构建Roles and significances of physical models in middle school teaching Abstract：Traditional physical education in our country p
4、ays more attention to imparting knowledge, so the whole teaching process was just around how to teach effectively. In this situation, the students could master the knowledge well. However, as the education reform further, the demand ever higher in solving practical or exploratory problems. Tradition
5、al education has been unable to meet the students needs of improving the ability. Aiming at this phenomenon, This essay presents that its necessary to think highly of the roles and significances of physical models in middle school teaching. This essay mainly introduces the physical models concept an
6、d classification, the roles and significances of physical models are also highlighted. At last, it introduces the ways to improve the students ability of constructing physical models. Key words：physical models；roles and significances；models constructing 引言 物理学的研究对象遍及整个物质世界,大到天体,小至基本粒子,无奇不有,无所不在。面对具体
7、复杂的物体,研究它们形形色色的运动,如果不采取科学思维方法,人们便不能摆脱浩如烟海,纷乱繁杂现象的纠缠,理不出清晰的物理概念和物理规律,物理学理论大厦便无法建起1。1 物理模型的概念为了便于分析与研究，物理学往往采用一种“简化”的方法，对实际问题进行科学的抽象化处理，保留主要因素，略去次要因素，得出一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构，此种理想物质(过程)或假想结构就称之为物理模型2。因此，物理模型是人们通过科学思维对物理世界中原物的抽象描述，是按照物理科学研究的特定目的，用物质形式或思维形式对原型客体本质关系的再现。人们通过对物理模型的认识与研究，去获取关于原型客体的知识及其在
8、自然界中的运动变化规律。2 物理模型的种类物理模型有许多的分类方式，下面只列举两种主流的分类方式。2.1 理想化物理模型和探索性物理模型理想化物理模型的特点是突出研究客体的主要矛盾，忽略次要因素，将物体抽象成只具有原物体主要因素但并不客观存在的物质(过程)，从而使研究问题简化3。如中学物理教材中的质点模型、点电荷模型、理想气体模型、匀速直线运动模型等等。翻开物理书籍，映入眼帘的是质点、刚体、理想气体、点电荷等模型，这些模型正是实际物体在某种条件下的近似。物理学中的规律由于采用了理想模型法，所有物质运动便分别归属于各种模型的运动。因此，物理学是一门非常丰富而又异常简洁的科学，无须很多的概念、规律
9、、定理就可以把物质世界的各种运动规律包罗进去，这一符合简单化原理的特征，给我们学习物理学带来了便利，也正是物理学更加日趋成熟的标志。但是，由于物理学大量采用了近似处理的方法，把各有特色的物体及其运动抽象成一些简单的模型，致使每一个简单的物理学理论都包含了大量的实际问题的信息。其实这给我们解决物理实际问题带来了困难，不少学生以为物理课听起来有趣，记定律也不难，就是做习题不会，究其原因，就是找不到一个合适的物理模型来代替实物所致。探索性物理模型的特点是依据观察或实验的结果，假想出物质的存在形式，但其本质属性还在进一步探索之中。如中学物理教材中的原子模型、光的波粒二象性模型等。2.2 对象模型、过程
10、模型和理论模型在物理教学中，最关键的两个环节是：首先，要明确学习和研究的对象是什么？其次，要明确学习和研究的对象是如何运动变化的、遵循什么样的规律。按照这两个环节将物理模型分类，我们发现中学物理教学中涉及的常见模型包括：对象模型、过程模型和理论模型。 对象模型是根据研究对象的特点，舍弃次要的、非本质的因素，抓住主要的、本质的因素，从而建立的一个易于研究的、能反映研究对象主要特征的新形象4。理想模型是科学抽象与概括的结果，在物理学中到处可见，如质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、理想变压器、薄透镜等。另外还有一些，诸如点光源、近轴光线、电力线等，都是人们根据它们的物理性质，用理想化的图形来模
11、拟的概念，如光线就是用带有箭头的线段来表示。理想对象模型是物理规律和物理理论赖以建立和发展的基础，在物理学中具有不可替代的作用5。拿质点来说，它是一个没有大小和形状，只有质量和位置的点。这样的点实际上不存在的。物体再小，总有一定的尺寸和形状。可是，比如说我们研究月亮绕地球的运动时，就不得不把它看成这样的一点。假如不把月亮看成质点，则地球和月亮的距离就不知从何算起，运动的轨道也会有很多，问题将复杂得无法研究。每个物体都有许许多多特点，如尺寸、形状、质量、温度、热容量、导电性、颜色等。在物理学中，我们把这些特点分别归入力、热、电、光等各个学科里分别研究。同一个物体可以成为几个模型。以太阳为例，当我
12、们研究它对天体的引力时，需要把它看作质点;在研究它的能量转换时，需要把它看成一个质点系;当我们研究太阳照射在地球某表面上的照度时，又需要将它当作一个点光源。 过程模型是为了研究复杂问题，建立在物体运动变化过程的基础上，根据究问题的性质和需要，在包含多种复杂因素的物理过程中，找出主要因素，略去次要因素，建立能够揭示事物本质的理想过程。如质点运动的各种典型模型自由落体运动、匀速直线运动、匀变速直线运动、简谐振动、完全弹性碰撞;热学中的等温变化、等容变化、等压变化、绝热变化等等都是将物理过程模型化。将物理学中的研究对象模型化，仅仅是研究问题的开始，更重要的是找出研究对象运动过程所遵循的规律。物理过程
13、模型化就是将实际过程进行近似处理使之为典型过程，以便用过程模型规律来解决实际问题6。 拿自由落体运动来说，它是指物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。这样的运动实际上是不存在的，因为总会有空气阻力等其他因素的影响。可是如果我们要研究一个物体在地面附近由静止开始下落的运动，这在物理学中己经是一种非常简单的运动，但就对于这样一种简单的运动，如果不建立物理过程模型，也会变得无从下手。因为物体下落时，影响物体运动的因素很多，首先是重力加速度g,它随着小球下落过程中与地面距离的改变而变化；其次是物体所受的空气阻力，它与小球的形状、大小和下落速度有关，同时还与风速、风向、物体下落中的转动有关。如果要综
14、合考虑这些因素，找出物体下落的定量规律就十分困难。其实，我们可以在分析的基础上，忽略次要因素，将物体运动抽象为一个理想的过程。当物体在地面上空不高处下落时，可认为重力不变；当物体下落的速度不大时，可忽略空气阻力的作用；同时，也可不计地球的自转、风速以及物体的形状、大小、物体的转动等因素的影响，这样，该物体的运动就可以看作是一个质点在均匀重力场中只受重力作用下的一种运动，我们称之为自由落体运动。通过对物体运动过程的理想化，我们方便地得出了物体下落的规律，而且这一规律可近似代表实际物体的运动规律。 理论模型是在观察、实验的基础上，经过物理思维，对某一物理客体和研究对象的结构、相互作用、运动规律等所
15、作的一种简化的描述7。由于物理事物的复杂性，某些物理事物的本质、组成、结构、规律等比较隐含，人们当时还搞不清楚，这时就要在实验事实和物理思维的基础上提出假说，建立起理论模型。在物理学研究过程中有许多这样的模型，如哥白尼的太阳系模型是对天体运行的一种简化描述；卢瑟福原子的有核模型是对原子结构的一种简化描述。这些理论模型能解释某些物理现象和实验事实，指明进一步研究的方向，从某一方面反映研究对象的特征。当然，其正确性要由物理实验来检验，并且随着认识的深入和物理学的发展而不断修正和完善。 理论模型常以假说的形式出现，它的形成及其适用范围的确定都应以实验事实为依据，并随着新的实验事实的出现而不断修正、完善和发展。如原子结构模型的建立及其修正过程就是一个典型的例子。本世纪初，
