陳宗造

物理模型就是通過簡化、類比、抽象、理想化等方法，將物理現(xiàn)象進行高度抽象的一種研究方法。正如霍利斯特所說，模型方法乃是人們所說的“科學方法”的核心。因此，建立“物理模型”是物理學研究最重要的方法，也是有效的方法，是物理學理論體系的基石。例如：質(zhì)點、單擺、簡諧運動、理想氣體、勻強電場等都是物理模型。

一、高中物理模型的分類

結(jié)合高中物理新課程的現(xiàn)狀，在中學階段，物理模型可粗略地分為條件模型、過程模型、對象模型三大類。條件模型是對研究對象所處的條件進行理想化，如從所周知的光滑模型。過程模型是依據(jù)研究過程的主要特征進行構(gòu)建的物理模型，如完全彈性碰撞。如果對實物對象的各種物理狀態(tài)參量進行簡化抽象，那么我們就建立了最主要的一類物理模型——對象模型，如質(zhì)點模型。當然，有些物理模型也可能是多個物理模型的組合，如理想氣體模型，它是由將氣體分子視為質(zhì)點模型和將分子間碰撞視為完全彈性碰撞的完全彈性碰撞模型組合而成的。

二、學生建模的思維障礙

通過分析學生課堂情況、作業(yè)情況、考試情況等，我們不難發(fā)現(xiàn)學生在建模中主要存在以下思維障礙：（1）基本模型沒掌握。學生對模型的適用條件、所遵循的規(guī)律等模糊不清。例如，有的學生認為很小的點就可以看成質(zhì)點，理想氣體體積變化將導致氣體內(nèi)能的變化等。（2）各種相似模型混淆。學生在解題時不認真審題、仔細分析過程，極易造成模型的混淆。例如，.圓周運動中繩、桿模型不分，汽車以額定功率起動還是恒定牽引力起動混同等。（3）受思維定式影響。例如，汽車在平直的公路上以20 m/s的速度前進，關(guān)閉油門后做勻減速運動，加速度大小是4 m/s2。汽車在關(guān)閉油門后8S內(nèi)運動的位移是多少？學生往往把整個過程當做勻減速運動模型而直接套用位移公式，這就是思維定式產(chǎn)生的消極影響。另外形象思維和抽象思維能力差、認知水平低、學習能力和實踐經(jīng)驗不足等都會成為學生建模的思維障礙。

三、學會物理模型的組合與遷移

首先，讓學生深刻領(lǐng)悟教科書中的物理模型。在猜想庫侖力與哪些因素有關(guān)這一環(huán)節(jié)后，教師應引導學生正確建立點電荷模型：我們的研究總是從特殊走向一般、從簡單走向復雜。在這樣一個具體的情境和教師有意識的引導下，學生會利用質(zhì)點知識的遷移，比較自然地提出先不計電荷的形狀而只保留電荷量的類“質(zhì)點”模型——點電荷。在后續(xù)的教學中，教師可利用習題教學、與質(zhì)點模型的類比等進一步深人剖析點電荷，讓學生牢牢地抓住點電荷的條件，從而順其自然地達到讓學生深刻領(lǐng)悟點電荷本質(zhì)的目的。

其次，讓學生靈活地轉(zhuǎn)換物理模型。有些物理問題不能直接利用現(xiàn)成的模型加以解決，如雙線擺周期的問題、復合場中帶電粒子運動的問題等。此時，教師應引導學生仔細深入地分析問題，利用知識的遷移，抓住教科書中原有物理模型的本質(zhì)特征，對其進行等效處理，把其遷移轉(zhuǎn)換到當前的物理問題中來。這樣的轉(zhuǎn)換，不僅簡化了原有的復雜問題，而且豐富了教科書中原有物理模型的內(nèi)涵。

第三，努力增強學生的建模意識。有經(jīng)驗的乒乓球教練普遍認為，意識比技術(shù)更重要，技術(shù)不好可以培養(yǎng)，但意識不好則很難改變?？梢?，雖然建模能力并非一朝一夕就能培養(yǎng)出來的，但良好的建模意識的確是建模能力發(fā)展的基石，只有具有良好的建模意識，學生才能在解決問題時通過多角度分析建立模型，并積累和豐富自己的模型體系。因此，教師要在教學中經(jīng)常通過正確程序的解題示范，培養(yǎng)學生的建模意識。

四、掌握利用物理模型解題方法

學生建模能力的強弱可在分析和解答物理問題中一目了然。我們知道，分析和解答物理問題的過程，就是建立和使用物理模型的過程。怎樣在習題求解中建立物理模型呢？我們先來看一道題目。

原地起跳時，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。從開始蹬地到離地是加速過程（視為勻加速），.加速過程中重心上升的距離稱為“加速距離”。離地后重心繼續(xù)上升，在此過程中重心上升的最大距離稱為“豎直高度”。現(xiàn)有下列數(shù)據(jù)：人原地跳的“加速距離”d1 =0. 50 m，“豎直高度” h1=1.0 m;跳蚤原地上跳的“加速距離”d2=0. 00080 m， “豎直高度” h2=1.0 m. 假想人具有與跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距離”仍為0. 50 m，則人上跳的“豎直高度”是多少？

分析：人（跳蚤）從曲腿到直立這一過程涵蓋了兩個物理模型，一是對象模型——人（跳蚤）的重心，二是過程模型——初速度為零的勻加速直線運動。人（跳蚤）離地后重心繼續(xù)上升這一過程小僅涵蓋了原有的對象模型，而且過程模型變?yōu)樨Q直上拋運動。

實踐表明，許多學生的物理解題模式為審題、套公式、求解。這種模式的形成，主要是受數(shù)學解題模式及以前求解簡單題的成功經(jīng)驗造成的。但是，對于情境復雜一些的問題，不論是定性解釋還是定量計算，都需要遵循一套規(guī)范化的程序，才能保證思維合理有序地進行。這套規(guī)范化的程序是：解讀物理信息、進人物理情境、形成物理問題、明確研究對象、建立物理模型、確立物理關(guān)系、將物理關(guān)系轉(zhuǎn)化成數(shù)學關(guān)系、求解及檢驗等。