淺談物理教學中模型思維能力的培養與訓練

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

一、物理模型的類型

1、對象物理模型 即把物理問題的研究對象模型化。如物理教材中提到的：“質點”、“點電荷 ”、“單擺”、“點光源”等都屬于這類模型。

2、過程物理模型 即把研究的物理對象的實際運動過程進行近似處理，排除其在實際運動過程中的一些次要因素的干擾，使之成為理想的典型過程。如物理教材中提到的，“勻速直線運動”、“等溫”過程、“簡諧振動”、兩物體的彈性碰撞過程等都屬于這一類型。

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。如中學學過的“接觸面光滑”、“絕熱”等。

二、模型思維能力的培養與訓練

1、讓學生了解正確物理模型是怎樣建立及有何意義

物理學所分析、研究實際問題往往很復雜，有眾多的因素，為了便于著手分析與研究，物理學往往采用一種“簡化”的方法，對實際問題進行科學抽象化處理，保留主要因素，略去次要因素，得出一種能反映原物本質特性的理想物質（過程）或假想結構，此種理想物質（過程）或假想結構就稱之為物理模型。

因此，物理模型是人們通過科學思維對物理世界中的原物的抽象描述；是按照物理學研究的特定目的，用物質形式或思維形式對原型客體本質關系的再現。人們通過對物理模型的認識與研究，去獲得關于原型客體的知識及其在自然界中的運動變化規律，它是一種物理科學研究的常用方法。

2、在教學中運用形象化的物理模型，幫助學生理解和掌握知識，發展物理模型思維。

物理模型有助于將物理學中大量抽象的邏輯思維輔之以生動的形象思維，物理模型給物理的教與學所帶來的好處是不言而喻的。例如電場線對電場的描述；原子核式結構對α粒子散對現象的解釋；光子模型對光的粒子性的理解。在具體教學中可通過下述方法幫助學生建立物理模型：第一，實驗引導。

先做有關實驗，使學生在腦海中留下一個直觀的、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。然后再利用學生思維中已建立起來的物理模型去解決一些實際問題。例如在講“電磁流量計”時，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給予定義，然后在運用中進一步體會模型的內涵。例如“理想氣體”模型的教學。第三，舉例。在學生已有知識的基礎上，通過舉例的方法，引導學生建立物理模型。

例如“分子勢能”的教學，我們就教學生想象兩分子間有一個彈簧，分子勢能隨著分子間距離的變化就好象是彈簧的伸長和壓縮一樣。總之，在教學中如果能充分運用形象化的物理模型，既能幫助學生學習知識，又能發展能力。

3、指導學生運用物理模型分析和解答實際問題，在解決問題中培養與訓練學生的物理模型思維。

每一個物理過程的處理，物理模型的建立，都離不開對物理問題的分析。教學中，通過對物理模型的設計思路及分析研究思路的教學，能培養學生對較復雜物理問題進行具體分析，區分主要因素和次要因素，抓住問題的本質特征，正確運用科學抽象思維的方法去處理物理問題的能力。

例1： 質量均為m的大小兩塊薄圓板a和b的中心用長度為l的不可伸長線連接。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。

今將a、b連線繃直時，a有可能再次下落與c發生第二次碰撞，假定碰撞時間及能量損失不計，求a、c之間先后兩次碰撞的時間間隔。

許多學生面對這個題目，往往弄不清a、c是如何發生兩次碰撞的，感到解題無從下手。其實只要認真審題，分解物理過程，建立與之相應的物理模型，本題就可迎刃而解了。

關于a、b運動，應建立如下的模型：

物理模型一：a、b一起做自由落體運動直至a與c碰撞。物理模型二：a與c碰撞時，由于沒有機械能損失，a以原速率反彈。物理模型三：a反彈后做豎直上拋運動，b繼續做自由落體運動，直至連接a、b的繩子拉直。

物理模型四：繩子被拉直后，a、b通過繩子發生相互作用，彼此改變運動狀態，在極短時間內，達到具有共同速度，由于相互作用時間極短，因此相互作用的拉力遠遠超過了它們的重力，此過程可近似應用動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，直至a再次與c碰撞。

例2 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于一體，是一道綜合性較強的試題，試題取材于生產實際，立意新穎，重點考查了學生構造和應用物理模型的能力。解決該題應建立三個物理模型：一是相當長度為c的金屬棒以速度v垂直切割磁感線；

二是長為c，截面積為ab的長方形電阻模型；三是電磁流量計工作時就相當于一個恒定直流電路。

從以上例題可以看出，復雜的綜合題往往是由多個相關聯的物理模型組成，只有準確還原設計題目時所依據的物理模型，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。