1、物理模型(mxng)教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力武夷學(xué)院(xuyun)(籌) 電子工程系 2008物理(wl)學(xué) 摘要 本文從理想模型的建立、特征和分類；運(yùn)用模型方法等方面，強(qiáng)調(diào)需重視理想模型在教學(xué)中的運(yùn)用，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的，詳細(xì)地論述了物理模型的種類、特點(diǎn)和功能，提出了在中學(xué)物理教學(xué)中使用模型教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的新思路。關(guān)鍵詞 理想模型 創(chuàng)新意識 物理模型我國的中學(xué)物理教學(xué)十分注重系統(tǒng)知識的傳授，對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)可以說還很不夠，下面我主要想闡述一下在物理模型教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的幾點(diǎn)看法。 1 模型的建立、特征及其分類1.1 模型的建立物理學(xué)研究的是自然界中最普遍的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)

2、動(dòng)的對象及其運(yùn)動(dòng)變化的過程，往往要受到自身和周圍環(huán)境中各種因素的影響和制約，如果不加分析地把所有復(fù)雜因素全部考慮進(jìn)去，那么勢必增加研究問題的難度，甚至無法進(jìn)行研究，為了能概括出客觀事物的本質(zhì)屬性，必須撇開次要的非本質(zhì)的屬性，即突出主要矛盾，舍棄次要因素，將復(fù)雜的事物用比較簡單的抽象模型來代替，建立起突出物體的基本特征及運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的模型，再用建立起來的模型代替實(shí)際的研究對象，然后加以研究，產(chǎn)生效果將是復(fù)雜的問題簡單化，抽象的問題具體化、有形化。理想模型建立方法不僅在物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)等自然科學(xué)中有廣泛的應(yīng)用，并已遷移到信息學(xué)、戰(zhàn)略學(xué)、管理科學(xué)等現(xiàn)代熱門科學(xué)之中，越來越呈現(xiàn)出方法蘊(yùn)含的潛能。1

3、.2 物理(wl)模型的特征(1) 抽象性和形象性的統(tǒng)一。物理模型(mxng)的建立過程是一個(gè)抽象思維和形象思維相結(jié)合的過程，而建立的物理模型本身又是抽象性與形象性的統(tǒng)一體。例如，質(zhì)點(diǎn)模型，在許多實(shí)際問題中，并不需要考慮物體的大小和形狀特征，如電場線對電場的描述；磁感線對磁場的描述；光子模型對光的粒子性的理解等。因此說物理模型是形象性和抽象性的統(tǒng)一體。（2）科學(xué)性與假定性的統(tǒng)一。物理模型不僅反映了原型的直觀形象，反映了原型的主要特征，抓住了影響問題的主要因素，而且要以科學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，經(jīng)過分析、綜合、比較、抽象、概括、推理等一系列嚴(yán)格的邏輯論證，從而建立起相應(yīng)的物理模型，所以模型是物理

4、變化過程的本質(zhì)同顯，能科學(xué)的反映問題本質(zhì)。另一方面，物理有一定(ydng)的假定性，其正確要靠實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。例如：自由落體模型，從研究物體從高處靜止下落開始，不建立模型就會(huì)無從下手。因?yàn)橛绊懴侣涞囊蛩睾芏嗍紫仁侵亓Γ鶕?jù)F=GMm/R2它將隨小球下落過程中距地面高度的變化而變化，其次是物體所受的空氣阻力，它與小球的形狀、大小和下落的速度有關(guān)，同時(shí)還與風(fēng)速、風(fēng)向、物體下落過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)。如果要綜合考慮這些原因，就很難找出物體下落的定量規(guī)律。因此，我們在分析體問題時(shí)，忽略次要因素，將它抽象出一個(gè)理想的模型：高度不太高，重力可以不變；速度不太大，阻力可忽略；物體的大小、形狀對運(yùn)動(dòng)影響不大，可忽略。這

5、樣，我們就可以把它看作是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在均勻重力場中只受重力作用下的一種運(yùn)動(dòng)自由落體，就可以方便地得出它的規(guī)律。但這只能近似地反映實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是假定了上述可忽略條件下的規(guī)律。因此，物理模型是科學(xué)性和假定性的統(tǒng)一。1.3 模型(mxng)的分類模型(mxng)的種類很多, (1)有實(shí)體模型, 物理學(xué)的研究對象(duxing)是客觀存在的實(shí)際物體，通過對它簡化、抽象建立起來的模型，叫實(shí)體模型。如質(zhì)點(diǎn)、剛體、單擺、彈簧振子、理想氣體、單分子膜、點(diǎn)電荷、理想二極管、薄透鏡等等，皆為實(shí)體模型. (2)過程模型, 將一個(gè)復(fù)雜的物理過程，科學(xué)地分解為較簡單幾個(gè)分過程，使得問題的求解簡單化和具體化。如力學(xué)中

6、的勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡諧振動(dòng)、彈性碰撞、平拋運(yùn)動(dòng)等，熱學(xué)中的等溫、等容、等壓、絕熱過程等，都為過程模型.但根據(jù)我在高中實(shí)習(xí)的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)得出,實(shí)用的是第三種:根據(jù)具體情況具體分析，這是科學(xué)思維方法的精髓。在物理問題中，各種條件往往對物理過程起了很重要的制約作用.2 運(yùn)用模型方法，增強(qiáng)解題操作性模型的建立，促進(jìn)了新規(guī)律的發(fā)展，新概念的建立，對物理學(xué)的發(fā)展起了很重要的作用，但在解決各種實(shí)際問題時(shí)，我們必須引導(dǎo)學(xué)生很好地研究問題的物理過程，將其還原成一定的物理模型. 。平時(shí)物理教學(xué)中，學(xué)生們常反映物理難學(xué)尤其題難解，其中很重要的原因就是這些學(xué)生對題目的物理過程缺乏深入理解，不能把題中的物體和過程抽象為理想模

7、型，影響了學(xué)習(xí)物理的興趣和積極性、培養(yǎng)學(xué)生建立理想模型的理念，提高習(xí)題解答的可操作性，成為教學(xué)中的當(dāng)務(wù)之急、為此，下面對中學(xué)物理習(xí)題解答中，如何建立模型和應(yīng)用模型談?wù)剛€(gè)人的做法：2.1、模型“原題”題目：子彈射入固定在水平面的木塊內(nèi)，深度為d0=20厘米，已知子彈和木塊質(zhì)量(zhling)之比m ：M=1 ：4，現(xiàn)將木塊放在光滑水平(shupng)面上，子彈以同樣的初速度射入，設(shè)兩次木塊對子彈的阻力不變，問子彈可深入木塊內(nèi)多少厘米2.2、模型(mxng)建立上例屬完全非彈性碰撞問題，完全非彈性碰撞有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）碰后有共同速度v（2）系統(tǒng)不受外力，動(dòng)量守恒：m1v1+m2v2=(m1+m

8、2)v（3）碰撞過程中的動(dòng)能損失這是一個(gè)非常重要的物理模型，在求解力學(xué)綜合問題時(shí)，類似于完全非彈性碰撞的物理情景很多。如：木塊在木板上的相對滑動(dòng)（木板處在光滑水平面上），兩球在光滑水平面上相碰并粘合在一起等3 理想模型在物理學(xué)習(xí)中的重要作用在高中物理教學(xué)中應(yīng)注意的問題是:有關(guān)能力培養(yǎng)一小節(jié)中，明確指出要通過概念的形成、規(guī)律的得出、模型的建立、知識的運(yùn)用等培養(yǎng)學(xué)生抽象和概括、分析和綜合，推理和判斷等思維能力以及科學(xué)的語言文字能力和口頭交流能力。把模型的建立，放在概念形成、規(guī)律得出、知識運(yùn)用并重地位，足見對模型建立的重視然而物理知識學(xué)習(xí)必須從最簡單的問題人手，逐漸深入到復(fù)雜的現(xiàn)象之中，而建立合理的

9、物理模型，能使我們對物理問題的理解從無形變有形，從深?yuàn)W難解變通俗易懂，極大地增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)和研究的可操作性。例如，力學(xué)中所研究的只有一定質(zhì)量，而沒有形狀和大小的質(zhì)點(diǎn)；在外力作用下永不發(fā)生形變的剛體；不計(jì)阻力，小角度振動(dòng)的單擺；不受阻力作用，只受恒定重力作用的自由落體運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)等等。物理學(xué)的發(fā)展歷史，也可以說是理想模型建立、完善的歷史，它對物理現(xiàn)象的研究探索起著非常重要的作用。比如，人們認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的進(jìn)步中，從否定湯姆生的棗糕模型建立盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型，再到玻爾原子模型，直至現(xiàn)代量子模型及原子核內(nèi)的核子組合模型。通常使用的氣體狀態(tài)方程和克拉珀龍方程，這些熱學(xué)中的重要規(guī)律是建立在氣體分子的“

10、理想氣體”模型之上等等。以上事實(shí)充分說明，建立理想模型是物理學(xué)習(xí)和研究的一個(gè)非常行為有效的方法。對理想化模型的近似，有人說，“雖然離現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)了，但離真理卻近了。”實(shí)際上各種類型的“模型”還有許許多多從上面所舉例子可以看出，建立適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ停瑧?yīng)用類比的方法，解決有關(guān)問題顯得很簡捷。熟悉并掌握這種科學(xué)研究的思維方法，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，不但能使學(xué)生加深對物理概念和規(guī)律的理解，提高解題技巧，舉一反三，觸類旁通，化繁為簡，而且對開發(fā)學(xué)生智力，發(fā)展創(chuàng)造性思維，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也有著重大的作用。參考文獻(xiàn)1，羅維治，中學(xué)物理教學(xué)法，湖南師范大學(xué)出版(chbn)社2，廖伯琴 何潤偉，物理/8年級(ninj)教程，上海科學(xué)技術(shù)出版社3、王溢然模型河南(h