浅谈“物理模型”思维能力的培养与训练
2011-05-19 20:26:41| 分类：
他山之玉
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| 中学物理教材中无论哪一部分的内容都是以物理模型为基础向学生传达物理知识的。物理模型是中学物理知识的载体，通过对其进行分析与讲解，是学生获得物理知识的一种基本方法，更是培养学生创造思维能力的重要途径。
一、物理模型的类型
1、对象物理模型 即把物理问题的研究对象模型化。如物理教材中提到的：“质点”、“点电荷 ”、“单摆”、“点光源”等都属于这类模型。
2、过程物理模型 即把研究的物理对象的实际运动过程进行近似处理，排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰，使之成为理想的典型过程。如物理教材中提到的，“匀速直线运动”、“等温”过程、“简谐振动”、两物体的弹性碰撞过程等都属于这一类型。
3、条件物理模型 即排除物体所处外部条件的次要因素，突出主要方面。如中学学过的“接触面光滑”、“绝热”等。
二、模型思维能力的培养与训练
1、让学生了解正确物理模型是怎样建立及有何意义
物理学所分析、研究实际问题往往很复杂，有众多的因素，为了便于着手分析与研究，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。因此，物理模型是人们通过科学思维对物理世界中的原物的抽象描述；是按照物理学研究的特定目的，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，去获得关于原型客体的知识及其在自然界中的运动变化规律，它是一种物理科学研究的常用方法。
2、在教学中运用形象化的物理模型，帮助学生理解和掌握知识，发展物理模型思维。
物理模型有助于将物理学中大量抽象的逻辑思维辅之以生动的形象思维，物理模型给物理的教与学所带来的好处是不言而喻的。例如电场线对电场的描述；原子核式结构对α粒子散对现象的解释；光子模型对光的粒子性的理解。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“电磁流量计”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“分子势能”的教学，我们就教学生想象两分子间有一个弹簧，分子势能随着分子间距离的变化就好象是弹簧的伸长和压缩一样。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。
3、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。
例1： 质量均为m的大小两块薄圆板a和b的中心用长度为l的不可伸长线连接。将它们拼拢， 中心对齐，置于如图水平位置。在a下方相距l处有一固定水平板c，c上有圆孔，其中心与a、b两板的中轴在同一竖直面上，圆孔只允许b自由通过。今将a、b连线绷直时，a有可能再次下落与c发生第二次碰撞，假定碰撞时间及能量损失不计，求a、c之间先后两次碰撞的时间间隔。
许多学生面对这个题目，往往弄不清a、c是如何发生两次碰撞的，感到解题无从下手。其实只要认真审题，分解物理过程，建立与之相应的物理模型，本题就可迎刃而解了。
关于a、b运动，应建立如下的模型：
物理模型一：a、b一起做自由落体运动直至a与c碰撞。物理模型二：a与c碰撞时，由于没有机械能损失，a以原速率反弹。物理模型三：a反弹后做竖直上抛运动，b继续做自由落体运动，直至连接a、b的绳子拉直。物理模型四：绳子被拉直后，a、b通过绳子发生相互作用，彼此改变运动状态，在极短时间内，达到具有共同速度，由于相互作用时间极短，因此相互作用的拉力远远超过了它们的重力，此过程可近似应用动量守恒定律求出共同速度。物理模型五：a、b以共同速度为初速度，做加速度为g的匀加速运动，直至a再次与c碰撞。
例2 2005年全国高考理科综合试卷物理试题第24题（题目略），它集电磁感应、直流电路等诸多知识点于一体，是一道综合性较强的试题，试题取材于生产实际，立意新颖，重点考查了学生构造和应用物理模型的能力。解决该题应建立三个物理模型：一是相当长度为c的金属棒以速度v垂直切割磁感线；二是长为c，截面积为ab的长方形电阻模型；三是电磁流量计工作时就相当于一个恒定直流电路。
从以上例题可以看出，复杂的综合题往往是由多个相关联的物理模型组成，只有准确还原设计题目时所依据的物理模型，才能在解题者头脑中形成清晰的物理图景，理清正确思路，顺利解题。
法国科学方法论学者阿雷指出：“科学的基本活动就是探索和制定模型。”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创新能力，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。 | |
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