淺談物理教學(xué)中模型思維能力的培養與訓練

　　中學(xué)物理教材中無(wú)論哪一部分的內容都是以物理模型為基礎向學(xué)生傳達物理知識的。物理模型是中學(xué)物理知識的載體，通過(guò)對其進(jìn)行分析與講解，是學(xué)生獲得物理知識的一種基本方法，更是培養學(xué)生創(chuàng )造思維能力的重要途徑。

　　一、物理模型的類(lèi)型

　　1、對象物理模型 即把物理問(wèn)題的研究對象模型化。如物理教材中提到的：“質(zhì)點(diǎn)”、“點(diǎn)電荷 ”、“單擺”、“點(diǎn)光源”等都屬于這類(lèi)模型。

　　2、過(guò)程物理模型 即把研究的物理對象的實(shí)際運動(dòng)過(guò)程進(jìn)行近似處理，排除其在實(shí)際運動(dòng)過(guò)程中的一些次要因素的干擾，使之成為理想的典型過(guò)程。如物理教材中提到的，“勻速直線(xiàn)運動(dòng)”、“等溫”過(guò)程、“簡(jiǎn)諧振動(dòng)”、兩物體的彈性碰撞過(guò)程等都屬于這一類(lèi)型。

　　3、條件物理模型 即排除物體所處外部條件的次要因素，突出主要方面。如中學(xué)學(xué)過(guò)的“接觸面光滑”、“絕熱”等。

　　二、模型思維能力的培養與訓練

　　1、讓學(xué)生了解正確物理模型是怎樣建立及有何意義

　　物理學(xué)所分析、研究實(shí)際問(wèn)題往往很復雜，有眾多的因素，為了便于著(zhù)手分析與研究，物理學(xué)往往采用一種“簡(jiǎn)化”的方法，對實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)抽象化處理，保留主要因素，略去次要因素，得出一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)（過(guò)程）或假想結構，此種理想物質(zhì)（過(guò)程）或假想結構就稱(chēng)之為物理模型。因此，物理模型是人們通過(guò)科學(xué)思維對物理世界中的原物的抽象描述；是按照物理學(xué)研究的特定目的，用物質(zhì)形式或思維形式對原型客體本質(zhì)關(guān)系的再現。人們通過(guò)對物理模型的認識與研究，去獲得關(guān)于原型客體的知識及其在自然界中的運動(dòng)變化規律，它是一種物理科學(xué)研究的常用方法。

　　2、在教學(xué)中運用形象化的物理模型，幫助學(xué)生理解和掌握知識，發(fā)展物理模型思維。

　　物理模型有助于將物理學(xué)中大量抽象的邏輯思維輔之以生動(dòng)的形象思維，物理模型給物理的教與學(xué)所帶來(lái)的好處是不言而喻的。例如電場(chǎng)線(xiàn)對電場(chǎng)的描述；原子核式結構對α粒子散對現象的解釋?zhuān)还庾幽Ｐ蛯�光的粒子性的理解。在具體教學(xué)中可通過(guò)下述方法幫助學(xué)生建立物理模型：第一，實(shí)驗引導。先做有關(guān)實(shí)驗，使學(xué)生在腦海中留下一個(gè)直觀(guān)的、具體形象的物理模型，在此基礎上作抽象引導，形成一種思維輪廓，變成具有思維特征的物理模型。然后再利用學(xué)生思維中已建立起來(lái)的物理模型去解決一些實(shí)際問(wèn)題。例如在講“電磁流量計”時(shí)，需要建立“液柱”模型，就可以采用此方法。第二，下定義。有些物理模型的建立，需要從模型本身的特點(diǎn)給予定義，然后在運用中進(jìn)一步體會(huì )模型的內涵。例如“理想氣體”模型的教學(xué)。第三，舉例。在學(xué)生已有知識的基礎上，通過(guò)舉例的方法，引導學(xué)生建立物理模型。例如“分子勢能”的教學(xué)，我們就教學(xué)生想象兩分子間有一個(gè)彈簧，分子勢能隨著(zhù)分子間距離的變化就好象是彈簧的伸長(cháng)和壓縮一樣�？傊�，在教學(xué)中如果能充分運用形象化的物理模型，既能幫助學(xué)生學(xué)習知識，又能發(fā)展能力。

　　3、指導學(xué)生運用物理模型分析和解答實(shí)際問(wèn)題，在解決問(wèn)題中培養與訓練學(xué)生的物理模型思維。

　　每一個(gè)物理過(guò)程的處理，物理模型的建立，都離不開(kāi)對物理問(wèn)題的分析。教學(xué)中，通過(guò)對物理模型的設計思路及分析研究思路的教學(xué)，能培養學(xué)生對較復雜物理問(wèn)題進(jìn)行具體分析，區分主要因素和次要因素，抓住問(wèn)題的本質(zhì)特征，正確運用科學(xué)抽象思維的方法去處理物理問(wèn)題的能力。

　　例1： 質(zhì)量均為m的大小兩塊薄圓板a和b的中心用長(cháng)度為l的不可伸長(cháng)線(xiàn)連接。將它們拼攏， 中心對齊，置于如圖水平位置。在a下方相距l處有一固定水平板c，c上有圓孔，其中心與a、b兩板的中軸在同一豎直面上，圓孔只允許b自由通過(guò)。今將a、b連線(xiàn)繃直時(shí)，a有可能再次下落與c發(fā)生第二次碰撞，假定碰撞時(shí)間及能量損失不計，求a、c之間先后兩次碰撞的時(shí)間間隔。

　　許多學(xué)生面對這個(gè)題目，往往弄不清a、c是如何發(fā)生兩次碰撞的，感到解題無(wú)從下手。其實(shí)只要認真審題，分解物理過(guò)程，建立與之相應的物理模型，本題就可迎刃而解了。

　　關(guān)于a、b運動(dòng)，應建立如下的模型：

　　物理模型一：a、b一起做自由落體運動(dòng)直至a與c碰撞。物理模型二：a與c碰撞時(shí)，由于沒(méi)有機械能損失，a以原速率反彈。物理模型三：a反彈后做豎直上拋運動(dòng)，b繼續做自由落體運動(dòng)，直至連接a、b的繩子拉直。物理模型四：繩子被拉直后，a、b通過(guò)繩子發(fā)生相互作用，彼此改變運動(dòng)狀態(tài)，在極短時(shí)間內，達到具有共同速度，由于相互作用時(shí)間極短，因此相互作用的拉力遠遠超過(guò)了它們的重力，此過(guò)程可近似應用動(dòng)量守恒定律求出共同速度。物理模型五：a、b以共同速度為初速度，做加速度為g的勻加速運動(dòng)，直至a再次與c碰撞。

　　例2 2005年全國高考理科綜合試卷物理試題第24題（題目略），它集電磁感應、直流電路等諸多知識點(diǎn)于一體，是一道綜合性較強的試題，試題取材于生產(chǎn)實(shí)際，立意新穎，重點(diǎn)考查了學(xué)生構造和應用物理模型的能力。解決該題應建立三個(gè)物理模型：一是相當長(cháng)度為c的金屬棒以速度v垂直切割磁感線(xiàn)；二是長(cháng)為c，截面積為ab的長(cháng)方形電阻模型；三是電磁流量計工作時(shí)就相當于一個(gè)恒定直流電路。

　　從以上例題可以看出，復雜的綜合題往往是由多個(gè)相關(guān)聯(lián)的物理模型組成，只有準確還原設計題目時(shí)所依據的物理模型，才能在解題者頭腦中形成清晰的物理圖景，理清正確思路，順利解題。

　　法國科學(xué)方法論學(xué)者阿雷指出：“科學(xué)的基本活動(dòng)就是探索和制定模型�！敝袑W(xué)生在學(xué)習活動(dòng)中，解決每一個(gè)物理問(wèn)題的過(guò)程，實(shí)際上也是正確選用物理模型，使用模型方法的過(guò)程。正確識別、建立物理模型，熟練使用模型方法正是中學(xué)生應該具備的基本物理素質(zhì)，也是高考選拔具有學(xué)習潛能的學(xué)生的重要內容。因此，為了培養學(xué)生的科學(xué)素養及創(chuàng )新能力，逐步掌握科學(xué)研究的基本方法，在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，必須注意培養學(xué)生構造和應用物理模型的能力。

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