【中学物理教学论文】物理模型与中学物理教学

内容摘要：本文从中学物理中常见的三种物理模型的分析出发，结合具体物理模型的例子分析了中学物理教学融入模型教学的意义，并举例分析了讲模型教学融入到中学物理教学过程中的策略，最终针对教学效果进行了分析和展望。中学物理模型的构建，是一种比较实用的教学理念，它对于培养实用型、创新型、探究型人才具有重要作用。

关键词：中学物理 物理模型 教学实践 应用分析

前言：21世纪是知识创新和应用为主导的知识经济时代，科学技术迅猛发展，社会竞争和国际竞争日益加剧。国民的素质对国家的发展作用越来越大。如何培养出具有实际建设能力的人才，如何实施“科教兴国”，如何实现教育教学改革，是摆在教育工作者和全社会人民面前的难题。学习到的理论要注重与实际进行结合，并需要提升学生的分析问题、解决问题的能力，这就需要做到几点：首先，学生应该对知识架构有足够的了解，对理论知识有充分的认识；其次，学生需要提升运用理论分析问题的能力；再次，学生能够针对具体问题的解决进行迁移和创新。而物理模型融入到中学物理教学，就可以很好的达到这三点要求。物理模型教学可以引导学生形成知识结构、建立科学方法、对知识进行扩展并加以应用。所以，将物理模型理念融入到中学物理教学中，是具有实际操作意义的教学方法。

一、中学常见的三种物理模型分析

（一）对象模型

对象模型是根据所要研究的对象，舍弃非本质的、次要的因素，抓住主要的、本质的因素，从而建立起容易分析和研究的，并且能够反映研究对象主要特征的简单模型。主要的对象模型有弹簧振子、质点、点电荷、单摆、理想气体等等。每个模型又都有质量、尺寸、形状、热容量、导电性等等特征，在不同的分析模型中，应用不同的特征来进行模型的构建。

（二）过程模型

过程模型是研究物体变化的过程的模型，根据研究物体的性质和问题的需要，将很多复杂因素进行转变，找出主要因素，去掉次要因素，从而揭示事物变化的本质，建立成理想模型。如质点模型中的匀变速、匀加速、自由落体、简谐运动、完全弹性碰撞等等；热力学中的等容、等压、绝热变化等，将对象模型化，再将过程模型化，是解决问题的几个步骤。

（三）理论模型

理论模型一般是以假说的形式展现在人们面前。基于观察、分析、实验的基础，经过物理的思维模式，将需要研究的物理客体或者研究对象在结构上、作用力方面、运动规律方面等进行简化的描述。例如卢瑟福的原子结构模型等就是经过原子结构模型建立以及不断的修正之后得出的。

二、中学物理教学融入模型教学的意义

（一）促进学生知识结构的形成

将物理知识当成一个网络，物理模型可以说是网络中的结点，物理模型 是构成物理知识体系的基本元素。一般的中学物理模型包括对象模型、过程模型、理论模型这三种。抓住这三个模型体系，就抓住了中学物理模型的主干和纽带。而学习和应用物理模型，就有利于学生形成物理知识网络，掌握网站结构，有利于学生对知识进行迁移。

例如：关于力与运动的关系，可以建立以下一些模型，比如质点模型、力的模型、匀速直线运动模型、匀变速直线运动模型等等。将这些模型深入理解，可以进行广泛迁移和应用，从而进一步将物理知识系统化和概括坏，并促进学生对物理知识有真正的理解，也便于学生更好的掌握和运用物理知识，形成知识结构体系。平抛运动模型可以迁移到电场中的带电粒子偏转问题。学生在学习了旧知识后，对新知识可以进行有效迁移，从而知识网络的结点相互连通，最后完成对物理知识网络体系的构建。

（二）促进学生科学方法的建立

物理模型可以说是一种分析问题的方法，建立模型可以有效的将抽象转变为具体，将复杂转变为简单，将理论转变为应用，将实际问题分析出模型。物理模型有利于学生进行具体问题具体分析，并形成一种科学的物理分析方法。平时学习中，常见的物理模型有小车、小球、单摆、弹簧、质点等等。在实际生活中，应对具体物体的分析时，也需要有一种转化思想，运用理想化的模型方法，将物理理论应用于实际问题的分析中。

例如：质点、理想气体、理想流体、纯电阻等等，以及简谐运动、光的直线传播、自由落体运动模型等，都是运用了理想化的模型分析方法，从而来研究、分析和解决一般问题。这对实际生活中解决问题的方法提供了借鉴。理想化的方法是突出主要矛盾，作用很小的方面加以忽略不计。比如，电子在电场中的运动，理想化的情境下是不考虑重力，因为重力与电场力相比很弱。再如，高温、低压下不容易野花的氧气、氢气、氮气、氦气等被当作理想气体来处理，误差很小。处理真实气体时，加上分子占有的体积和分子间的相互作用力这两个方面，来修正理想状态方程，就可以得出比较符合实际的结果。

（三）促进学生STS教育的渗透

STS教育是基于科学、技术、社会的一种新兴的科学教育构想。在现阶段的教学改革中，该种教育模式很好的与新课改教学理念得到了融合。新课改教育目标是培养更多的实用性、专业性、探究性人才，而STS教育模式，也是重视科学发展、社会进步、技术创新的教学理念。STS教育模式强调科学、技术、社会这三者之间的关系，并且注重面向全体、面向公众。强调技术、科学对于社会生产的作用，对于人们生活的有效促进。重视科学与发明创造，强化创新理念，并关注科技发展对于社会的影响后果。这些都与中学物理新课标达到了一致，物理模型也注重提升学生对于物理知识和科学技术的应用，并且提高学生对于物理知识学习的兴趣。

例如：电场的加速模型，可以拓展到实际生活中电视机显像管、电子显微镜内的高压产生的加速电场对电子具有的加速作用的模型。电视机显像管内，被加热的灯丝射出来的电子，经过2–3万伏的加速电压的作用，以极大的动能射到了荧光屏上，从而激发荧光粉发出光来。理论基础是动能定理，物理模型是电场加速模型，实际应用是电视机显像管。这一“理论–模型–应用”的学习模式，渗透了STS教育理念，也使得学生对物理知识产生了浓厚的兴趣。

三、中学物理教学融入模型教学的策略

物理模型是学习过程中，针对一些物理知识和现象，找出其主要特点，并建立起典型的物理情景。比如，高中经常遇到的小车碰撞、单摆模型、抛物运动等，都是比较常见的模型。从心理学角度分析，在学生由了解题物理模型的心理依托之后，会产生心理上的暗示，并顺利解决问题。但是物理知识非常广泛，物理现象又是千变万化的。对于单摆模型来说，想要更好的解决其他问题，就需要对单摆模型进行迁移扩展。

例题1：圆弧AO所对的圆心角小于5°，请比较小球从1点和2点运动到O点所需要的时间大小。

例题分析：根据简谐振动的物理模型，摆角小于5°，小球都可以看作是做了简谐运动的1/4周期的运动，所以应该用了同样的时间到达O点。根据简谐运动的物理模型，分析问题就能做到有理可依，从而简化了分析过程。

例题2：将小球A从圆弧光滑轨道的正上方O点静止释放，，将B点从靠近最低点的位置静止释放，试分析这A和B谁先到最低点？

例题分析：根据自由落体的模型，A小球的运动很容易建立模型。但是B的变速运动就显得比较难以分析。由于是靠近最低点的位置开始静止下落，所以可以将其看做是简谐运动的1/4运动。这样就比较容易分析出来其大小了。都只是与圆弧的半径有关。

经过物理模型的分析和拓展，可以将简谐运动模型拓展到与其他模型综合分析的应用中去，可以与自由落体、电场中的运动相联系，从而将简谐运动的模型应用到物理例子分析的各个方面。

四、中学物理教学融入模型教学的效果

经过一个阶段的教学实践，可以培养学生的物理建模能力，并且使得学生不仅仅只会做题，也会根据理论知识展开对实际问题的分析能力，在知识的延伸和拓展方面，也会起到不错的引导效果，不知不觉中，提升了学生分析问题、解决问题的能力，以及思维发散能力。开展模型教学加深了物理知识与生活实际的联系，让学生对物理有亲切感；同时开展模型教学也加深了物理知识与高新技术的联系，让学生体会到物理学为人类社会的进步所作出的巨大贡献，从而激发他们的学习兴趣和学习热情。

总结：经过上文的分析可以知道，中学物理教学中，建立模型对于培养学生的思维能力、形成知识结构、培养科学的物理方法、渗透STS教育这些方面都具有不错的效果。物理是比例理性的科学，需要通过大量的实践分析来证明理论，而在实践问题中也可以总结出模型来进行分析和研究。研究中学物理教学的发展，就是研究如何更好的培养创新型、探究型、实践型人才，也是培养更好的运用思维解决问题的人才，所以物理模型在中学物理教学中的渗透将任重而道远。

致谢

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