孫有福

建立物理模型是指在分析、解決物理問題的過程中，忽略次要和非本質(zhì)的因素，抓住主要和本質(zhì)的因素，對某一系統(tǒng)或物理過程做一種簡化的描述和模擬。建模有助于抓住問題的本質(zhì)，排除次要因素的干擾，使物理問題得以簡化。建模也有助于正確理解一些抽象物理概念、物理規(guī)律和物理情景，使得研究物理問題較為方便，更易于探究事物的本質(zhì)。在物理學(xué)研究方法中，建模是一種很重要的方法。它貫穿于整個物理學(xué)發(fā)展過程，物理學(xué)的發(fā)展可以說是伴隨著建立物理模型和用新的物理模型來代替舊的或不完善的物理模型的過程。下面談?wù)勎覍ξ锢砟Ｐ偷睦斫狻?/p>

一、物理模型在教學(xué)中的作用

建立和正確使用物理模型可以提高學(xué)生理解和接受新知識的能力。例如，我們在運動學(xué)中建立了“質(zhì)點”模型，學(xué)生對這一模型有了充分的認(rèn)識和足夠的理解，為以后學(xué)習(xí)質(zhì)點的運動、萬有引力定律、物體的平動和轉(zhuǎn)動，以及電學(xué)中的“點電荷”模型、光學(xué)中的“點光源”模型等奠定了良好的基礎(chǔ)。使學(xué)生學(xué)習(xí)這些新知識時容易理解和接受。

建立和正確使用物理模型有利于學(xué)生將復(fù)雜問題簡單化、明了化，使抽象的物理問題更直觀、具體、形象、鮮明，突出了事物間的主要矛盾。建立和正確使用物理模型對學(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用?？梢园褟?fù)雜隱含的問題化繁為簡、化難為易，起到事半功倍的效果。

二、中學(xué)物理中常見的物理模型

物理模型是物理思想的產(chǎn)物，是科學(xué)地進(jìn)行物理思維并從事物理研究的一種方法。就中學(xué)物理中常見的物理模型，可歸納如下：

1.物理對象模型化。物理中的某些客觀實體，如質(zhì)點，舍去物體的形狀、大小、轉(zhuǎn)動等性能，突出它所處的位置和質(zhì)量的特性，用一有質(zhì)量的點來描繪，這是對實際物體的簡化。當(dāng)物體本身的大小在所研究的問題中可以忽略，也能當(dāng)作質(zhì)點來處理。類似質(zhì)點的客觀實體還有剛體、點電荷、薄透鏡、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想電流表、理想電壓表等等。

2.物體所處的條件模型化。當(dāng)研究帶電粒子在電場中運動時，因粒子所受的重力遠(yuǎn)小于電場力，可以舍去重力的作用，使問題得到簡化。力學(xué)中的光滑面；熱學(xué)中的絕熱容器、電學(xué)中的勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場等等，都是把物體所處的條件理想化了。

3.物理狀態(tài)和物理過程的模型化。例如，力學(xué)中的自由落體運動、勻速直線運動、簡諧運動、彈性碰撞；電學(xué)中的穩(wěn)恒電流、等幅振蕩；熱學(xué)中的等溫變化、等容變化、等壓變化等等都是物理過程和物理狀態(tài)的模型化。

三、物理模型在教學(xué)中的運用

1.建立模型概念，理解概念實質(zhì)。概念是客觀事物的本質(zhì)在人腦中的反映，客觀事物的本質(zhì)屬性是抽象的、理性的。要想使客觀事物在人腦中有深刻的反映，必須將它與人腦中已有的事物聯(lián)系起來，使之形象化、具體化。物理模型大都是以理想化模型為對象建立起來的。建立概念模型實際上是撇開與當(dāng)前考察無關(guān)的因素以及對當(dāng)前考察影響很小的次要因素，抓住主要因素，認(rèn)清事物的本質(zhì)，利用理想化的概念模型解決實際問題。如質(zhì)點、剛體、理想氣體、點電荷等等。學(xué)生在理解這些概念時，很難把握其實質(zhì)，而建立概念模型則是一種有效的思維方式。

2.認(rèn)清條件模型，突出主要矛盾。條件模型就是將已知的物理條件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中的主要因素，為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如，我們在研究兩個物體碰撞時，因作用時間很短，忽略了摩擦等阻力，認(rèn)為系統(tǒng)的總動量保持不變。條件模型的建立，能使我們研究的問題得到很大的簡化。

3.構(gòu)造過程模型，建立物理圖景。過程模型就是將物理過程模型化，將一些復(fù)雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的、易于理解的物理過程。例如，為了研究平拋物體的運動規(guī)律，我們先將問題簡化為下列兩個過程：第一，質(zhì)點在水平方向不受外力，做勻速直線運動；第二，質(zhì)點在豎直方向僅受重力作用，做自由落體運動?？梢姡^程模型的建立，不但可以使問題得到簡化，還可以加深學(xué)生對有關(guān)概念、規(guī)律的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

總之，由于客觀事物具有多樣性，它們的運動規(guī)律往往是非常復(fù)雜的，不可能一下子把它們認(rèn)識清楚。而采用理想化的客體(即物理模型)來代替實在的客體，就可以使事物的規(guī)律具有比較簡單的形式，從而便于人們?nèi)フJ(rèn)識和掌握它們。建立正確的物理模型可使我們對物理本質(zhì)的理解更加細(xì)致深入，對物理問題的分析更加清晰明了。所以，物理模型在教學(xué)領(lǐng)域有著重要的價值。