摘要：在中学物理教学中，引导学生认识、理解、构建物理模型，是培养学生创造性思维和创新能力的最有效途径。概述了物理模型的定义及作用，并通过“抽象、等效”建模，“假设、类比”建模，“简化、形象”建模及信息题的强化训练等方法的介绍，以培养中学生物理建模的能力。

关键词：物理模型；物理建模；创造性思维；创新能力

一、物理模型的概述

1.物理模型的定义

物理模型，就是把教学中所要研究的物理对象或物理过程通过抽象、理想化、简化、类比等方法，进行去次取主、化繁为简的处理，把反映研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体系。它有两个主要特征：抽象性和形象性的统一，科学性与假定性的统一。物理建模是一种重要的科学思维方法，它能够较好地培养学生的抽象思维能力和创新意识。在中学物理的学习中，通过物理建模能力的培养，提高学生的抽象逻辑思维能力，是必须也是必要的。纵观物理学的发展史，构建物理模型对物理学的发展起着重要的作用。

物理模型既源于实践，又高于实践，在生活、生产、科技领域中带有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。物理模型的构建是一种重要的科学思维方法，通过对物理现象或过程的分析，寻找出物理现象或物理过程的内在本质及内在规律，以达到认识问题的目的。

2.物理建模的作用

物理模型是物理规律和理论得以建立的基础，利用物理模型可解释物理现象和实验规律，还可作出科学的预言。教学中构建物理模型实质上就是培养学生的创造性思维，学生通过建立物理模型，寻找解题规律，形成解题思路，有利于物理思维能力的培养。

二、物理建模能力的培养

教育部2001年颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与，乐于探究，勤于动手，培养学生收集和处理信息、获取新知识的能力，分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”高中物理新课程标准也要求：“应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实践、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，使其逐渐形成科学态度与科学精神。”由此说来，学习物理，关键是要提高物理建模能力。下面就对如何培养学生的物理建模能力提出一些看法。

1.“抽象、等效”建模

这种建模方法忽略了次要因素，突出了主要因素，简化了研究对象，将它等效成一个简单的几何模型。如：我们看不见、摸不着的电场、磁场都是客观存在的物质，但我们可设想电场线、磁场线的模型，并用头发屑、铁粉分别来显示不同带电粒子周围的电场线、不同磁体周围的磁场线的分布形状，从而形象地描述出电场、磁场的一些特性，这样就建立了场的概念。

2.“假设、类比”建模

在运动和力的关系问题中，为了了解物体的运动性质和运动过程，往往要采用假设、类比的方法，并结合各种图像（如：v—t图，s—t图），构建物体的运动和力的关系模型。其中最常见的一种运动和力的关系模型是物体自静止开始在变力作用下做速度不断增大、加速度不断减小的变加速运动（当加速度为零时，速度达到最大，合外力等于零）。运动和力的关系问题是高中物理教学的难点，难点就在于对研究对象进行正确的受力分析和运动过程分析。而利用图像搞清物体的运动性质，建立运动模型是比较有效的方法之一。

3.“简化、形象”建模

对于来源于现实生活中的有关运动的信息题，若物体的运动过程非常复杂，不是常见的几种形式的运动模型，则要注重对物体运动全过程的认识，注重对物体运动发展变化过程的分析理解，深刻理解题意，深挖隐含条件，利用图像，将抽象的物体问题形象化，简化物体的运动过程，更加真实、全面地再现和模拟现实，建立起物体的运动模型。如：质点、点电荷、单摆、弹簧振子等都是对研究对象的一种简化。

4.强化信息题训练

解信息题一般由四步组成：第一步，获取信息，排除跟问题无关的干扰信息，找到有用的信息，并使之跟所学的物理知识发生联系；第二步，整理信息，把题目中的日常生活、生产或现代科技背景抽去，去掉无用信息，纯化为物理过程；第三步，建立物理模型，即在有用信息的基础上根据所学物理原理建立简单的“物理模型”；第四步，列式求解。其中第二、三两步是解信息题特有的，也是解信息题成败的关键，完成了这两步即实现了由信息题转化为传统题，也就得心应手了。

如：开普勒发表了著名的开普勒行星运动三大定律。

第一定律：所有的行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳在这个椭圆的一个焦点上。

第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。

第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。

实践证明，开普勒三大定律也适用于人造地球卫星的运动。如果人造地球卫星沿半径为r的圆形轨道绕地球运动，当制动发动机工作后，卫星速度降低并转移到与地球相切的椭圆轨道。如右图所示，问：在这之后，卫星经过多长时间着陆？（空气阻力不计，地球半径为r，地球表面重力加速度为g。圆形轨道作为椭圆轨道的一种特殊形式。）

对题目进行分析：

①此题的信息可分为四块：一是开普勒三定律的内容；二是开普勒三定律也适用于人造地球卫星；三是人造地球卫星由圆形轨道转移到椭圆轨道；四是圆形轨道作为椭圆轨道的一种特殊形式。

②最有效的信息为开普勒第三定律，这是本题的突破口，开普勒第二定律几乎是无效的，应予忽略，其他信息是辅助信息。

③设卫星质量为m，圆形轨道半径为r，运动周期为t，卫星在圆轨道上运动时，由圆周运动的动力学知识，可以得出卫星的半径和周期的关系。

由上述例子可知：提炼有效信息是解答联系实际的信息题的关键。在提炼好的有效信息的基础上，再结合平时所学的物理知识进行回忆，根据题目的具体条件，通过类比、等效替换等手段，合理建立物理模型，从而达到解答信息题的目的。

三、结语

培养学生的物理建模能力，是高中物理教学必须重视的问题。物理模型不仅是知识的结晶，还是思维的结晶，能有效考查学生对物理知识的理解深度和广度以及思维品质和创新能力。在物理教学中，要有的放矢，增强学生的建模意识，重视物理模型的教学，这既有利于学生掌握物理知识，提高应用知识的能力，又可以引导学生形成科学的学习习惯和方法，提高素质；建立和正确使用物理模型还可以提高学生理解和接受新知识的能力。

参考文献：

[1]左雄.论高中物理教学中学生建模能力的培养.湖南科技学院学报，2007（4）.

[2]廖伯琴，张大昌.全日制义务教育物理课程标准（实验稿）解读.湖北教育出版社，2004.

[3]盛焕华.高中物理研究性学习.龙门书局出版社，2003.

[4]阎金铎，田世昆.中学物理教学概论.高等教育出版社，1998.

（作者单位 广东省河源市紫金县蓝塘中学）下载本文