摘 要： 任何物理模型都是采用理想化方法，通过对原型客体（具体事物）在一定条件下的合理近似而抽象出同类原型客体的共同性而建立的。它是一个主观抽象和客观具体的辨证统一体，具有理想性和客观性、抽象性和可变性。由此决定了建立和应用物理模型的心理机构是想象和迁移，并需要抽象思维与之对应。而中学生的抽象思维还没达到定型阶段，还不能完全去应用，故物理模型在物理教学中造成了一定难度。因此本文就物理模型在中学物理教学中的应用作初步探讨。
关键词： 物理模型 物理教学 思维方法 应用
1.绪论
物理学的研究对象遍及整个物质世界，大至天体，小至基本粒子，广阔无边。物理学的目的就在于认识自然把握自然。但是自然界中任何事物与其他许多事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并处在不断变化之中。面对复杂多变的世界，人们在着手研究时，总是遵循一条重要的方法原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。根据这条原则，人们在处理复杂的问题时，总是试图把复杂的问题分解成若干个比较简单的问题逐个击破。
基于这样的一个思维过程，人们就创建了“物理模型”。物理模型是一种理想化模型，这就要求思维过程具有一定的抽象性。因此在物理教学中使学生正确建立和运用物理模型，不仅有助于他们学习物理知识，更有助于培养他们的抽象思维能力和创新能力。
2.物理模型的概述
物理模型是指：人们为了研究物理问题的方便和探讨物体事物的本质而对研究对象所作的一种简化的描述或模拟。
（1）物理模型的种类
①实物物理模型
例如：人们对事务的认识过程，总是从感性认识到理性认识。心理学研究表明，人脑对事务的认识是从表象开始的。这就要求教师在教学中，要尽量多地将实物、图片等展示给学生，以形成表象基础。
②理论物理模型
例如：过渡状态的势能面物理模型、近代粒子物理。
③实体理想物理模型
例如：质点、系统、理想气体、点电荷、匀强磁场、匀强电场。
④过程理想物理模型
例如：等温、等容、等压过程；匀速直线运动；抛体运动简谐运动恒定电流，等等。
（2）物理模型的特征
①抽象性和形象性的统一
②科学性和假定性的统一
3.如何构建物理模型
构建模型是科学研究的基本方法之一，模型在物理学中也得到了广泛应用。物理模型是物理学理论体系的基石，物理模型的构建当然也是物理学研究的方法之一。只有了解如何构建物理模型才能把它更好地应用在教学中。
（1）构建物理模型的思维方法
①量纲分析法
②抽象归纳法
③类比法
④理想化方法
⑤构造法
⑥等效代换法
⑦微元法与迭代法
例如构造法：有些模型在实际中是根本不存在的，但为了研究问题的方便，我们往往形象地引入一虚拟的物质结构或过程。例如为了便于描述光的传播，我们引入了光线；为了便于描述磁场的方向，我们引入了磁感线。
类比法：人对客观世界的认识，是由表及里、由个别一般的过程。我们在教学中建立物理模型，必须符合这一规律。如，在高中物理中，学生对速度的改变△V、动量的改变△P等矢量的认识有一定困难。为了降低学生接受知识的难度，我们先建立在同一直线上的矢量减法模型。如某物体原来的速度为V，后来的速度为V，则速度的改变△V=V-V，我们可引导学生这样建立模型：将表示V、V的有向线段的始端共点，则从V的箭端指向V的箭端的有向线段表示了△V（如图1、2所示）再引导学生发现：当V、V不在一直线上时，上述法则仍然成立（如图3）。这样，就可以轻易地建立起矢量三角形模型。
构建物理模型的方法很多，这里只列举两种，无论哪种方法都可以帮助学生去体会及应用到具体教学中，使复杂的问题简单化。
（2）构建物理模型的实践方法
为了增强学生对知识的感性认识，提高学生学习的兴趣，构建好物理模型是非常重要的。这样能让学生感受到实在的物理知识，产生一种物理就在身边的亲切感。在具体教学课堂中也可通过下述方法帮助学生建立物理模型。
①通过实验建立
②运用现实生活例子建立
③通过课件模拟建立
物理学是一门实验科学，观察和实验是研究物理学的根本方法。实验是连接认识的主体和客体的纽带。实验首先为物理概念和规律的建立奠定了表象基础，在学生的脑海中形成了一个个具体形象的物理模型，更为重要的是通过有目的的实验，可以引导学生由抽象思维形成具有思维特征的物理模型。
有些物理概念和规律，学生在生活中很少感知，那么在主体和认识客体间就缺少必要的中介物。例如：在讲电和磁的关系时，只有做好实验，学生才能发现、理解电生磁、磁生电、磁场对电流有作用等物理现象，形成清晰的物理模型。
学生头脑中有时积累了一些感性材料、生活经验，但有些经验是模糊的，动摇的，甚至是错误的。这就要求教师在教学中进行生动演示，突出主要部分，使模糊的得以清晰，对错误的加以改正。例如：学生根据自己的生活经验对运动和力有些模糊的认识。在教学中就要做好斜面小车实验，分析实验，推出牛顿第一定律，在这个基础上才能更好理解运动和力的关系，在头脑中形成关于运动和力的关系的正确模型。
当然，建立物理模型的方法是很多的，我们在教学过程中，应根据知识特点和学生特点作出适当的选择。值得一提的是，在教学过程中，如果我们采用多媒体教学手段去建立物理模型，将会使模型更形象化、生动化，更能帮助学生加深理解，从而更好地达到我们的教学目的。
4.物理模型在教学中的应用
通过上述介绍了什么是物理模型，如何构建物理模型等知识，从而进一步对物理模型在教学中的应用作深入的探讨。
（1）物理模型在物理概念教学中的应用
在物理学中，有很多的概念都是以理想化模型为对象建立起来的。例如：质点、单摆、点电荷、理想气体，等等。比如在“单摆”的教学中，同学们都知道在生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内做摆动，那么摆动属于一种什么运动呢？这就引入了实际摆的理想化物理模型――单摆。如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长又比球的直径大的多，这样的装置就叫做单摆。从而自然地引入了“单摆”的概念。
通过这个例子可以看出，当学生很难把握一些物理概念时，建立相应的概念模型是一种非常有效的思维形式，这样能够使学生很容易并且充分地理解物理概念。
（2）物理模型在物理规律教学中的应用
探索物理规律，是以抽象思维结合的教学手段，引导学生通过科学抽象和概括，将具体的复杂的物理过程，用简化的模型来代替，突出主要矛盾，简化问题，从而便于研究物体的主要性质，便于找出其中的主要规律。
如“牛顿第一定律”的发现，在最早时人们普遍认为力是维持物体运动的原因，用力推车子，车子才前进，停止用力，车子就要停下来。然而，一直到17世纪伽利略才根据实验推出：在水平面上运动的物体所以会停下来是因为受到摩擦阻力的缘故。设想没有摩擦，一切物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去。伽利略的实验虽然是理想中的实验，但它是建立在可靠的事实为基础，经过抽象思维抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律。正是因为这样，牛顿在伽利略等人的研究基础上根据自己的研究系统地总结了力学的知识，提出了“牛顿第一定律”，即一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
在物理教学中，很多的物理规律也是通过物理模型而总结概括的，这样忽略了次要因素，抓住主要因素，通过科学抽象总结出物理规律。
（3）物理模型在解决应用型物理问题中的应用
应用性物理问题是直接取材于生产、生活及大自然，通过简单的加工而成的。与物理教材中常见的抽象问题相比有较大的区别。解决这类问题的关键就在于把生活中的原理正确地转换成物理模型。
例如：在“原子的核式结构”的教学中，最早人们认为电子是原子的组成部分，直到1911年物理学家卢瑟福和他的助手们进行了α粒子散射的实验。用α射线照射金箔，由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子穿过金箔后会改变原来的运动方向，这个现象叫做α粒子的散射。卢瑟福希望通过对散射的分析来了解原子内部电荷与质量的分布情况。实验的结果是，绝大多数α粒子发生了较大的偏转。实验观察到的现象使卢瑟福感到十分惊奇，于是他精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目，在此基础上提出了原子的核式结构模型即：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动。
运用物理模型可以使复杂的问题简单化，就像上个例子一样，结合物理模型来讲原子结构知识就把问题简单化了，从而能够使学生更好地理解。
（4）物理模型在解答物理问题中的应用
解题过程其实就是还原拟题者物理模型的过程。我们需要把题目中的物理过程和物体简化成理想模型。事实告诉我们，千变万化的物理习题都是根据一定的物理模型建立的。
例如：如图所示，圆弧AO表示一个光滑凹圆槽的横截面，它所对的圆心角小于5，试比较小球从槽中1、2位置静止释放运动到O点的时间？解题过程可归纳如下：
①读题，确定研究对象。首先要把习题的主要内容看懂，不要因为马虎等原因落读任何一条信息；其次确定此题要研究的对象为圆弧AO，以及小球1、2。
②确定研究对象的实体物理模型。根据题设条件分析小球运动的受力情况得出，它和单摆摆球运动时的受力情况相似（支持力和摆球的拉力等效）。所以，可以看成单摆模型来研究分析。
③以实体模型和习题给出的已知条件，待求量出发确定研究对象状态变化的过程模型。在满足题设条件下，小球从图中1或2位置运动到O点的情况和单摆在做简谐运动在4周期内摆球从振幅运动至平衡位置情形相同。
④通过推理计算最后把整个问题全分析完之后，我们就可以将待求问题转换为熟悉的单摆运动模型。小球运动至O点的时间与振幅无关，即与小球运动的初始位置1或2无关。
通过上面这道题可以看出，解答物理习题的过程就是对所研究的问题构成模型、分析模型、计算模型的过程。通过这一个例子就可以举一反三，从而使学生掌握解题技巧，提高解题效率。
5.课题研究的成果、意义
本文通过对物理模型的概述和了解构建物理模型的分类方法，以及物理模型在教学中的一些应用，从而得出了物理模型在物理教学中应用上的一些思想、方法和规律。在中学物理教学中，能够循序渐进地启发、引导学生合理建立、应用物理模型，处理比较复杂的物理问题，熟悉并掌握这种科学研究的思维方法，养成良好的思维习惯，也能够使学生加深对物理概念和规律的理解，提高解题技巧，并且可以培养和提高学生的创新能力和综合素质。此课题在教学法理论的构建上，也体现了理论教学规律的认识。
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