高中物理模型教學應用及分析

韓冰

物理學研究方法的滲透是高中物理教育教學中的重要任務之一。通過模型教學，能夠讓學生更加直觀、輕松地掌握最基本、最主干的物理知識與物理規律，體驗物理概念的生成。模型是物理知識的載體，同時，更是日常教學中的重要手段之一。在日常的教學過程中，教師應該積極挖掘物理模型在教學中的價值與意義，并且有效地實施模型教學。

一、物理模型的概念

《辭?！穼δＰ偷亩x是：根據生活中的實物或是想象按著比例或其他特征制定的相似的物體，以供觀賞、實驗、觀測等運用。隨著模型在社會中的運用，它的范疇不斷擴大，含義也更加通俗。具體是指在日常生活中，為了達到特定的目的，而將研究對象作更加簡化的描述?？梢赃@樣理解，模型是人們認識社會、認識自然、認識世界的必然途徑。

物理模型是以探究某種物理事物的本質而對這一研究對象所做的簡化描述或是相關的模擬。更具體的講，是抓住物理研究對象的大小、運動狀態、形狀、結構這些主要因素的，通過比較、分類、綜合、抽象等等建立起來，能夠反映研究對象本質特征，較為理想化的過程狀態或是實際物體。

在物理教學中，物理模型是與物理學知識相關的基礎單位，無論是知識的學習、問題的探究還是物理本質的探索都與模型息息相關。在物理教學過程中，物理模型是思維的產物，同時也是對物理研究對象的簡化處理。有效地實施模型教學，有助于學習者通過這一模型來探究物理的本質特征，從而在大腦中建構物理概念，得出相關的規律，從而真正形成理論，最終作用于實際問題的解決。

二、高中物理模型的分類

物理模型有著不同的分類標準和方法，所以產生了不同的分類結果，但是無論怎樣分類，這些類別都是大同小異的，一般可以概括為四種類型：對象模型、條件模型、過程模型和理論模型。

1. 對象模型。簡單來說，就是能夠代替研究對象這一實際物體的理想化模型，也可以稱為實體模型。比如：質點、無彈性的輕繩、單擺、輕彈簧、輕桿、輕滑輪、點電荷、點電源、理想電表、理想氣體、彈簧振子、理想變壓器、黑體等。

2. 條件模型。簡單來說，就是將研究對象所處外部條件理想化而建立起來的模型。比如：光滑表面、真空、絕熱容器等。

3. 過程模型。具體來說，為了研究比較復雜的物理問題，根據這一問題的性質和需要，抓住主要因素，忽略次要因素，從而建立起來能夠揭示這一復雜問題本質的物理過程。比如：自由落體運動、豎直上拋運動、平拋運動、簡諧運動、勻速圓周運動、碰撞恒定電流、絕熱過程、氣體的等溫、等壓、等容變化等。

4. 理論模型。是指以觀察和實驗為基礎，以思維為途徑，對某一研究對象所做出的簡化描述。比如：安培分子電流說、光的電磁理論、光子說、光的波粒二象性、湯姆生原子結構模型、波爾原子模型等。

三、高中物理模型教學的價值與意義

1. 本身為高中階段物理教學的重要內容

高中階段物理教學中有眾多的理論模型，如愛因斯坦的光子說、湯姆生的原子云素結構模型、波爾的原子量子化模型等，這些都是高中階段物理教學中的重要模型。學生學習模型的過程是他們探究和理解知識和規律的過程，也可以這樣說，物理模型本身就是知識的載體，模型教學是開展教學的重要方法和手段。

2. 有利于塑造學生的思維品質

任何一個模型的建立都是多種思維相融合的結果，物理模型更是學生思維活動的產物，在高中物理教學中有效地落實模型教學，能夠有效地培養學生的思維品質，提高學生的思維水平。就目前的高中階段物理學科教學來看，很多學生在學習物理時更加重結論而輕過程，雖然知識內涵掌握得非常豐富，但是拓展很少，所以他們在遇到一系列的問題時，總會生搬硬套，不能夠具體問題具體分析，更不會從實際的問題中對各種物理思維進行加工與融合。而物理模型的建構，能夠將復雜難懂的物理問題簡化成理想的模型，這種有效的轉變有利于讓學生在學習的過程中實現認知水平的發展。比如，在單擺的簡諧運動的學習過程中，教師就可以引導學生通過觀察單擺運動的過程，并且簡化擺球不受空氣阻力，從而總結出擺角小于5°的情況下單擺能夠做出具體周期的簡諧運動。在這一模型的建立過程中，學生經歷了觀察、假設、綜合、歸納等思維方法，也真正體驗了探究學習過程，既讓學生更好地掌握了物理知識，又促進了他們思維的發展和認知的提升，從而實現他們思維品質的培養，助力學科核心素養的提升。

3. 有助于實現模型的遷移運用

很多知識的學習都是通過遷移而獲得的，遷移更是高中物理學習中比較重要的方法之一。遷移從本質上說就是一種學習對另一種學習的影響，立足于日常教學實施模型教學，學生能夠掌握相關的模型，并通過模型的相似性，促進他們將已經掌握的知識運用遷移到另外的新知識學習過程中。比如，質點和點電荷，兩者有著相似之處，當學生學完質點之后，掌握了這一對象模型，在學習后面的點電荷時，就能夠有效地遷移到點電荷模型的建構中。這一過程既能夠在類比和延伸中讓學生更加高效地完成新知識的學習，又能夠實現他們對知識的深化理解。

4. 有利于構建網絡狀知識結構

物理知識之間是相通的，培養學生的物理核心素養的基礎就是讓學生能夠建構起網絡化的知識框架，而物理模型就是這一結構化系統中的節點。以“質點”這一對象模型的建立為基礎，建立“與初速度方向在同一直線上”條件模型就會獲得“勻變速直線運動”這一過程模型;建立“僅受重力且初速度為零”的條件模型就能夠獲得“自由落體運動”這一過程模型，建立“僅受重力且初速度方向豎直向上”的條件模型就會獲得“豎直上拋運動”這一過程模型。通過模型之間的聯系，有利于幫助學生構建網絡狀知識結構，促使他們了解物理知識、物理規律之間的聯系，從而更加透徹地學習物理知識，在有效的知識基礎積累中，有助于讓學生遷移與運用，從而助力學生物理綜合能力的提升。

四、高中物理教學中應用模型應該注意的問題

在尋找物理概念實質的基礎上建構物理模型，這樣才能夠讓模型真實地反映概念的特性與本質，才能夠讓模型應用地更加有效。

條件模型與其他的模型建構有著不同之處，建構條件模型更應該突出重點，不但要對現有的條件進行理想化的處理、模型化的處理，同時，必須要省略其他多余的條件。

模型建構在物理教學過程中是非常靈活的，不是一成不變的。要在實際的問題解決過程中對模型進行有效的變換，從而真正以模型的建立為基礎，洞察物理研究對象的本質，解決物理新問題。

五、高中物理模型教學的具體策略

1. 在物理規律教學中的運用

物理規律反映了物質各個因素之間的聯系，同時也是比較抽象的物理概念和定義的集合。在日常的教學過程中，教師關注的重點就是能夠讓學生更快地掌握這些物理規律，但是這些理論是抽象、晦澀難懂的，如果教師只是一味地講述，那么學生很難理解、遷移與運用。所以，在講授相關的物理規律時，教師可以借助模型建構來完成。比如，在講解“牛頓定律”時，教師可以借助微課將模型以直觀動態的形式展示給學生，在視頻中，有一個人用力推桌面上的一塊木頭，這時，木頭會在桌面上動起來;當這個人停止用力時，這個木頭便會停下來。當觀看完這個視頻之后，教師讓學生借助自己在初中階段學習的知識對視頻中的現象進行解釋。這時，學生很容易地就能夠回答：“木塊在桌面上向前運動，是因為受到了推力，但是，它除了受到推力，還會受到桌面給它的摩擦力，所以在人停止用力時，木塊也會漸漸地停止?！碑攲W生回答完后，教師向學生提出一個問題：“物體在不受力時會怎樣運動呢？”這時，班級中有的學生認為物體在不受力時，運動會越來越快;有的學生認為，物體在不受力時會保持原來的運動狀態，一直運動下去;而有的學生則認為，物體在不受力時，將會慢慢停下來。這時，教師可以根據學生不同的假設和想法，將同一種觀點的學生分為一組，讓他們根據自己的設想設計出自己的方案。通過這一課堂活動的進行，在模型的構建過程中，讓學生的思維活躍起來，在大腦中形成想象，強化自己大腦中對物理規律的認知。當小組討論完之后，教師讓每個小組的學生將自己小組內的設計方案在課堂上進行講解。隨后，教師可以將學生設計的方案進行總結。

另外，教師再利用多媒體為學生展開動態模擬，將伽利略的理想實驗以模型的形式為學生進行講解。通過這一實驗模型的構建，促進學生更好地理解和掌握伽利略的著名實驗，從而掌握物理知識規律。

2. 在解決應用性問題中的運用

物理是一門自然社會學科，與我們的生活息息相關。新課改強調，教師必須關注學生解決問題能力的培養，讓學生能夠在物理知識的學習上實現知識的有效遷移與運用。在日常的物理學習中也存在著很多應用性的物理問題，想要解決這些日常生活中出現的具有客觀性、隱秘性的物理現象，是相當需要智慧的。所以教師在日常的教學過程中，就應該重視物理模型在解決這些問題中的運用，并且充分觀察現實生活中的物理現象，在為學生知識講解的時候構建模型，也真正讓學生樹立模型思想，讓他們遇到問題時，能夠學會與生活中的現象相轉化，從而將復雜性的問題簡單化，助力學生分析問題、解決問題能力的提升。比如，在學習電路、電流、電磁感應等知識的過程中，教師就要重視物理模型的構建。

3. 在實驗教學中的運用

實驗教學是物理學科教學中的重要組成部分，同時，實驗更是物理學習的基礎和核心所在。為了能夠更好地讓學生了解物理規律的由來，教師往往會引導學生展開親自實驗和操作;另外，實驗的順利進行和規律的探討都離不開模型的建立。比如，在學習集成電路的相關知識時，在物理實驗室中，教師先引導學生通過構思、繪畫一個電路圖，然后再根據這個電路圖展開實驗，以讓實驗教學順利進行。這一過程也能夠培養學生的動手能力和思維能力，讓學生的物理思維更加開闊，物理知識更加夯實。

4. 在習題解答中的運用

學以致用才是物理教學的任務所在，所以，為了讓學生更好地解答相關的習題，教師應重視模型的運用;同時，教師在教學中能夠解清楚相關的練習題，也少不了模型的運用。比如，引導學生當拿到一道物理題目時，要在讀題的基礎上確定探究對象，然后再構思模型，將這些條件進行羅列，從而更好地解答問題。這一過程既能夠讓學生正確使用模型，認識模型的重要性，同時更能夠促進學生靈活運用所學知識分析問題、解決問題，實現學生綜合能力的提升。

立足高中物理教學，教師應該科學有效地展開模型教學，幫助學生更好地建構物理知識，形成建模能力，從而真正實現學生核心素養培養的目標。