浅谈物理模型与建模能力的培养

　　现在高考的重要指导思想是从知识立意向能力立意的转变，着重考查学生对知识的理解、迁移、应用能力。命题已向联系实际、与现代科技相结合的方向发展，考查学生学以致用的能力素质。这就需要学生把实际问题转化成物理模型来寻求解决方法。那么在教学中重视物理模型的教学及建模能力的培养就显得尤为重要。

　　一、物理模型

　　所谓物理模型就是为了便于抓住本质，解决问题，把复杂的物理过程或研究对象（事物），取其枝干，弃其蔓叶后，进行高度的概括，归结为一些简单的模型便于研究。

　　物理模型的特点

　　典型性。物理模型是从一类物理问题中，抓住主要的本质问题，删除干扰和次要因素，集基础知识与基本规律于一体，具有代表性的结晶。

　　方法性。物理模型不只是知识的结晶，同时也是思维的结晶。掌握好物理模型，除了加深对物理概念的理解之外，还可以从物理模型的建立，理解物理知识深刻的内涵及外延，体会将物理知识应用于解决实际问题的思路和逻辑方法入手。

　　美学性。物理模型能简明扼要地揭示物理问题，体现了它的形式美。物理模型是知识与思维的产物，是知识与能力的完美结合，体现了它的和谐美。随着学习的深入，对同一模型会有不同层次的体会和感悟，会为它丰富的内涵所折服，体现它的内在美。

　　物理模型的分类

　　物理模型一般有三类：一类是把研究对象视为抽象的理想模型。这类模型有：质点、刚体、弹性体、理想气体、弹簧振子、单摆、点电荷、点光源、薄透镜、卢瑟福模型等，牛顿的质点模型、玻尔的原子模型、理想气体模型等均属“对象模型”。它的特点是将研究对象简化成某种物理模型，从而使问题简化、直观、形象；另一类是把物理过程抽象为理想模型。此类模型重要的有：匀速直线运动、完全弹性碰撞、等温变化、恒定电流等，物理过程总是在一定条件下发生，将条件理想化以便突出主要的物理现象与过程，这便是条件模型方法。例如“光滑”、“均匀”、“轻质”等也属条件模型；还有一种是将物理过程发生的条件抽象模型化。过程模型是将复杂的过程抽象为简单的物理模型的方法。例如我们已学过匀速圆周运动，匀速直线运动，自由落体运动，简谐运动等均属过程模型。利用过程模型可将一个复杂的物理过程抽象为一个我们熟知的问题加以解决。

　　二、物理模型教学的意义

　　物理模型教学是课程改革的需要。课改的一对矛盾是丰富的教学内容与减少的教学时间的矛盾。新教材加强了点面结合，点上主干知识明确，基础知识基本规律一个都不少，面上增加了许多生产生活的实际问题和高新科技内容。一改旧教材高度抽象理想化的情景与问题，使物理知识更贴近实际，学生学习物理倍感亲切。同时丰富了课程的形式，引入了研究性学习、探索性活动等内容。如何让学生在较少的课时内，掌握更丰富的物理知识，物理模型的教学不失为一种有效的方法。抓物理模型的教学，将最基础最典型的物理知识、物理问题介绍给学生，并通过建立物理模型，将研究方法也展现给学生，引导学生思考、感悟以至升华。

　　物理模型教学是高考改革的需要。高考改革总趋势是由知识立意转为能力立意，试题内容源于生产生活实际，许多试题的主干知识，就是最新的前沿科技成果，如诺贝尔奖，宇宙演化等。这些知识在题干中都以大量文字叙述，形成“信息给予题”这种新题型。这样的试题，本着高起点低落点，重能力淡知识，要求学生们能从大量文字中，摄取有效信息，然后转换成物理模型从而解决问题，建模的能力得到空前的重视和展示。如果缺乏这种能力，面对洋洋洒洒的几百个字的题目，学生抓不住有效信息，建立不起恰当的模型，从何谈起解题。

　　物理模型教学是知识迁移创新学习的需要。物理模型来源于实践，形成理论，又反作用于实践，具有前瞻性。物理模型作为物理基本知识单元，是掌握基本物理知识的基础，也是组成综合问题的基础，创新学习，从某种意义上来讲，就是要打破原有的知识结构，对原有知识进行重新组合，重组过程就是知识迁移过程，就是同化过程。在学习过程中，不断发现原有物理模型缺陷，于是在同化原有知识结构同时，打破这个平衡，使之顺应新模式，建立新的物理模型。历史上从汤姆生的原子枣糕模型到卢到卢瑟福的原子行星模型再到波尔的核式量子化模型就是最好的例证。可见建立物理模型既是深入学习的基础，又是深入学习的条件。因此掌握好物理模型，培养建立物理模型的能力，就是学活了知识。

　　三、物理模型与建摸能力的培养

　　1、构建物理模型，以物理模型作为教学的切人点。教师必须认真研究教材，吃透教材，将各章节知识系统化，抓住问题的关键，忽略一些次要因素，将一些研究对象抽象成物理模型，以此作为教学的切人点。

　　2、理解物理模型，培养学生的抽象思维能力和分析、推理能力。高中物理的广度、深度和难度较初中而言，都有了大幅度的提高，要掌握高中的物理知识，对物理模型有清楚的认识极为重要。如果我们按传统的教学方法，直接告诉物理模型的异同点，这样就容易造成学生感觉懂了，但实际上不理解，不会用，印象也不深刻。为了使学生理解只有通过大量的习题来巩固。为了改变这种传统的教学方法的弊端，我们要加强研究性学习，利用课余时间到实验室进行实验，同学之间进行讨论，查找资料，使学生先由感性认识到理性认识，加深学生对物理模型的全面理解。同时也提高了学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力，为将来参加科学研究打下坚实基础。

　　3、提炼物理模型，是解决实际问题的关键和常用方法。在解决一些实际问题时，我们要求学生分析实际问题中研究对象的条件、物理过程的特征，提炼与之相适应的物理模型。如1999年高考第14题跳水运动员问题，其物理模型就是上抛物体运动，提炼出这个模型就很容易了。特别是一些“信息给予题”的解题关键就是恰当地提炼出其物理模型。

　　4、迁移物理模型，指导学生将物理模型运用于实际问题。有些问题物理现象较复杂和生疏，我们可将陌生的物理情景与熟悉的物理模型相比较，通过深入分析，寻找共性，进行类比迁移；借助辨证思维，对本质不同的物理现象，进行联想迁移，从而获得方便解题的代换模型。

　　物理模型反映了实物的某些特性，但又有一定的区别。物理模型笼统而抽象，它不追求事物的细枝末节，却又能深入到事物的本质中去。抓物理模型的教学，可以对学生进行学科教育和人文教育，符合课改重过程重学生参与的价值观，能很好地培养学生的解决问题的能力。