談建立模型在物理學(xué)習(xí)中的重要性

李潤(rùn)南

摘 要：物理模型可以使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，有助于高中生物理的學(xué)習(xí)。本文針對(duì)高中物理中的物理模型的建立進(jìn)行分析，主要內(nèi)容包括物理模型的類(lèi)型和物理模型的作用，希望能給高中生們建立物理模型和應(yīng)用模型提供借鑒和幫助，并使他們重視建立模型的重要性。

關(guān)鍵詞：高中物理 建立模型 抽象 總結(jié)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）11-0-01

在高中物理的學(xué)習(xí)中，學(xué)生，尤其是高一學(xué)生，反映的普遍問(wèn)題是：高中物理難學(xué)，課堂上老師講的內(nèi)容基本能夠聽(tīng)懂，但是在解決物理問(wèn)題的時(shí)候，感覺(jué)很茫然，無(wú)從下手。究其原因還是不能夠建立起物理模型，分析不清楚物理過(guò)程。

一、什么是物理模型

物理模型（包括它的數(shù)學(xué)表達(dá)）是物理問(wèn)題的高度抽象和概括，是認(rèn)識(shí)主體對(duì)客觀(guān)實(shí)際能動(dòng)反映的一種變現(xiàn)，是認(rèn)識(shí)主體由實(shí)踐上升為理論的一個(gè)過(guò)程。物理模型不僅是典型的物理問(wèn)題，也是對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)的高度概括和總結(jié)[1]。高中物理中常見(jiàn)的物理模型有如下幾種：

1.實(shí)物模型

物理學(xué)研究的事物中有許許多多就是日常生活中的事物抽象出來(lái)的，突出了主要的、本質(zhì)的特征，略去了次要的、非本質(zhì)的因素，對(duì)實(shí)際物體做出了簡(jiǎn)化。比如質(zhì)點(diǎn)、光滑平面、單擺等，這些都是忽略了研究對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的一些次要因素的影響，根據(jù)實(shí)物的基本規(guī)律和性質(zhì)建立的一種物理模型。

2.模擬模型

物理學(xué)研究的對(duì)象不僅僅有小球、滑塊這類(lèi)具體的事物，同樣有電場(chǎng)、磁場(chǎng)這些看不到的物質(zhì)。這些抽象的研究對(duì)象的內(nèi)容也有一定的具體性，根據(jù)這些規(guī)律可以建模擬模型進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如電磁學(xué)中常提到的磁感線(xiàn)，這些線(xiàn)不是實(shí)際存在的，但是通過(guò)建立模擬模型，可以達(dá)到形象地表達(dá)這些模擬線(xiàn)的效果。高中階段的物理課程中最抽象的部分就是電磁學(xué)部分，如果不建立模擬模型，這部分的內(nèi)容將難以理解，也就不能運(yùn)用，更談不上解題了。

3.過(guò)程模型

建立過(guò)程模型的目的就是為了研究物理事件的發(fā)生過(guò)程，在分析的過(guò)程中忽視了如空氣阻力、形變等次要因素，將抽象因素具體化，得到的模型是被研究物理過(guò)程的理想化，突出物體運(yùn)動(dòng)中的主要方面和規(guī)律，使學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)候更加簡(jiǎn)單，容易掌握。

4.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪窃趯?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住事物的主要矛盾忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯推理的發(fā)展，對(duì)事物的運(yùn)動(dòng)和變化過(guò)程進(jìn)行分析、推理、從而找出其規(guī)律。日常最常見(jiàn)的伽利略理想實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的研究奠定了基礎(chǔ)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)為學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)定律提供了一個(gè)比較完善的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

5.數(shù)學(xué)模型

客觀(guān)世界的規(guī)律在數(shù)學(xué)中都可以找到其表現(xiàn)形式，物理模型在建立過(guò)程中就是不斷地建造表現(xiàn)物理狀態(tài)和規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。物理模型是客觀(guān)實(shí)體的一種近似，以物理模型為對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型就是對(duì)客觀(guān)實(shí)體進(jìn)行等量描述[2]。在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，小車(chē)所受拉力不完全等于砝碼的重力，在這個(gè)過(guò)程中采取了一種簡(jiǎn)化計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。

二、建立模型在物理學(xué)習(xí)中的重要性

1.建立物理模型是一種良好的學(xué)習(xí)方法。

中學(xué)物理教材中的許多物理知識(shí)是比較抽象難懂的，往往不易被學(xué)生理解和接受，學(xué)生常感到問(wèn)題復(fù)雜，學(xué)習(xí)起來(lái)困難。物理模型是通過(guò)科學(xué)的抽象方法，以客觀(guān)實(shí)體對(duì)對(duì)象進(jìn)行了科學(xué)的加工得到的，這樣能更好的反映研究對(duì)象的主要屬性，簡(jiǎn)化次要屬性，使問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)、降低難度、易于理解，較為直觀(guān)地反映問(wèn)題的本質(zhì)。如地球表面物體的下落，簡(jiǎn)化為自由落體運(yùn)動(dòng)，這個(gè)模型重要的是“自由”二字，即初速度為零、沒(méi)有阻力。這一模型忽略了空氣阻力的存在，重力隨高度的變化等因素。這個(gè)模型可以類(lèi)推帶電粒子在電場(chǎng)中無(wú)初速度沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，只是加速度不同而已。通過(guò)對(duì)物理模型的類(lèi)比，找出不同物理問(wèn)題的共性，靈活運(yùn)用，即可觸類(lèi)旁通。

2.建立物理模型本身就是物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容

每一個(gè)物理模型的建立，都離不開(kāi)對(duì)物理問(wèn)題的分析。學(xué)習(xí)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)某問(wèn)題的具體分析，分離主要因素和次要因素，抓住問(wèn)題的本質(zhì)特征，根據(jù)分析研究的思路，產(chǎn)生對(duì)一個(gè)物理模型的設(shè)計(jì)思想，最終得到一個(gè)物理模型，這個(gè)過(guò)程本身就是一次思維能力的鍛煉，也有助于學(xué)生掌握物理學(xué)的研究方法。物理學(xué)習(xí)的目的不僅僅是為了學(xué)到物理知識(shí)，還有思維方式的培養(yǎng)乃至科學(xué)預(yù)見(jiàn)能力的培養(yǎng)。高中階段，物理學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的思維方式的要求是比較高的，思維方式很大程度上影響了學(xué)生的發(fā)展和學(xué)習(xí)效果。建立物理模型就是引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用正確的思維方式將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，使學(xué)生透徹地理解物理概念、物理規(guī)律并掌握物理運(yùn)動(dòng)的各種形式。

3.建立物理模型體會(huì)物理學(xué)的和諧與美

物理模型不僅僅能簡(jiǎn)明扼要的揭示物理規(guī)律，更能讓人感受到物理規(guī)律在表現(xiàn)形式上的完美與和諧。如動(dòng)量定理和動(dòng)能定理，前者表現(xiàn)了力在時(shí)間上的累積效應(yīng)，后者表現(xiàn)了力在空間上的累積效應(yīng)。力的作用效果在時(shí)間和空間上的表現(xiàn)是那樣的完美與統(tǒng)一，在形式上的表現(xiàn)是那樣的對(duì)稱(chēng)與和諧，從這種形式中可以體會(huì)到物理學(xué)美麗的風(fēng)景。物理模型是科學(xué)與思維的產(chǎn)物，是物理知識(shí)和能力的完美結(jié)合，體現(xiàn)了科學(xué)思維和人文精神相互作用的偉大結(jié)果。雖然學(xué)生時(shí)期難以建立出像動(dòng)量定理、動(dòng)能定理這樣和諧與美的物理模型，但感受到物理學(xué)的美，也能夠激發(fā)學(xué)生的興趣與熱情，更加精神百倍投入物理的學(xué)習(xí)。

建立物理模型在學(xué)習(xí)中的好處當(dāng)然不僅僅只有這些，物理模型中甚至有著豐富的哲學(xué)內(nèi)涵。在光的本質(zhì)的學(xué)習(xí)中，通過(guò)波粒二象性模型可以知道，矛盾的兩個(gè)方面是對(duì)立又統(tǒng)一的，進(jìn)而幫助學(xué)生樹(shù)立正確的辯證唯物主義的方法觀(guān)[3]。建立模型在物理學(xué)習(xí)中的重要性是怎么描述也不為過(guò)的。希望學(xué)生們?cè)谌粘W(xué)習(xí)的過(guò)程中注重模型的建立，培養(yǎng)科學(xué)的思維方法，理解物理學(xué)的難點(diǎn)，更重要的是培養(yǎng)科學(xué)預(yù)見(jiàn)的思維方式。作為學(xué)生，掌握建立、應(yīng)用物理模型的方法是十分必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]劉蘇文. 建立物理情景和物理模型在物理教學(xué)中的重要性[J]. 中國(guó)教育技術(shù)裝備，2009，（22）：143.

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[3]蔣明星. 物理模型的建立與在教學(xué)中的作用[J]. 中小學(xué)教育研究，2010，（10）：32-33.endprint