论文部分内容阅读
谈到物理模型，人们会立刻想到是模拟实物制作的一种教具，它比板画、挂图更具有立体真实感。而这里所谈的“模型”，是为研究物理问题方便，通过抽象思维和形象思维，运用理想化、简化和类比等方法，建立的描述某一物理问题的模型方法。我这里根据自己多年的教学积累，联系别人的看法，对建立物理模型和使用模型方法作一总结。在倡导培养学生核心素养的今天，物理教学中培养学生的模型意识，培养创造性地建立模型和分析组合模型的能力是十分重要的，这也是培养学生物理学科核心素养的一个方面。
模型方法的主要特征是具有创造性。模型方法的使用，能够激发人们的创造性思维。教学中，培养学生的模型意识，创建模型和使用模型的能力，能够提高学生的科学素养。在这里，我想就如何培养学生创建模型，如何使用模型方法等问题做一些探索，提出自己的一些做法。
一、教学中如何建立物理模型
在物理教学中，我们要充分利用每一条物理原理、定理或定律，与之相联系的物理模型，在解决实际问题时，也可以建立一系列特殊的物理模型。物理习题本身就是依据一定的物理模型进行构思、设计而成的。因此，正确识别、建立物理模型，熟练使用模型方法，是物理教学中应特别注意的，关键培养学生对模型的内涵的掌握、再现、转换等活化模型，发掘模型的能力，树立模型意识，培养学生的科学思维。
二、建立基本概念和规律的物理模型
物理学中的理想模型，是物理规律和物理理论赖以建立的前提和基础。基本概念和规律是与一定的物理模型相联系的，因而建立基本概念和规律的物理模型，是利用模型方法解决问题的基础。
为描述物体运动的方便，我们建立质点这个理想模型。有了“质点”这个模型，不管怎样大的和怎样复杂结构的物体，只要它的线度在研究问题中起的作用很小，我们就可以暂时撇开它，把物体看作有质量的点——“质点”。在分析物体受力时，如果受共点力作用，就可以把物体看成质点进行受力分析，能比较方便地画出受力图。在电学中建立“点电荷”这个理想模型，也是这个道理。热学中的理想气体，电学中的理想变压器、理想电压表、电流表以及弹簧振子、单摆等都是对实物忽略某些次要因素的影响，建立起的理想模型。
在近代物理中，对原子結构的描述，都利用了模型方法。开始汤姆生建立的“枣糕式 ”模型，后来α散射现象的发现，卢瑟福建立了“核式”结构模型，由于在原子稳定性方面的欠缺，玻尔又建立了原子有稳定轨道和能级的“玻尔模型”，成功地对氢原子的稳定性和光谱谱线做出解释，现代量子理论又建立了“电子云”描述等模型。从模型的建立过程，愈能反映出事物的本质特征来。通过模型的建立，使人们对事物的认识更加形象化、本质化。良好的模型，更能反映出物质的运动规律来。
三、建立一般问题的“单元模型”
每一物理问题，可以看成是简单一般的“单元模型”组合而成的。每个单元模型可以看作积木块，而复杂的物理问题则是积木块组合成的造型。造型是否优美精巧，就看组合得是否巧夺天工。物理习题的优劣，则是通过“单元模型”组合得是否有新意，组合得是否巧妙来判断。
在教学中，应注意一般问题模型积木块的建立。教师不仅应做出示范，而且应教给学生怎样建立问题的模型，发掘培养学生建立模型的能力。
四、建立特殊问题的模型.
在物理习题中，有一类问题，利用特定的方法进行思维，解决问题比较方便。在平常我们就需要建立这类问题的“特殊模型”。
如“人船模型”：质量为M的木船长l，质量为m的人站在船头，它们静止在平静的水面上。不计水的阻力，人从船头走到船尾，求船移动的距离。
这是所为“人船模型”的原始题型。确实理解该题，对解决这一类问题，有很重要的作用。研究时以人和船组成的系统为研究对象，它们受到的重力和水的浮力平衡，合外力为零，动量守恒。人在船上由静止开始运动，是船对人向前的摩擦力使人向前运动，同时人对船向后的摩擦力使船向后运动。人减速静止，船也减速静止，即他们同时运动，同时静止，同时加速，同时减速。
由于船是相对地面移动的，必须选大地为参照系（在动量守恒定律的应用中通常都选地面为参考系）。人、船移动的距离（对地）和所用时间的比值，就是人和船运动的平均速度，而人、船运动时间相同，消去时间，就把用质量和速度组成的动量守恒表达式，变成描述质量和距离的关系。由此就可以求出人和船移动的距离。
五、模型方法与物理学科核心素养的培养
物理学科核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。模型思维是科学思维很重要的一个方面，模型方法在培养学生的认识能力、转化处理能力和创造能力方面，不失为一种可取的行之有效的方法。
模型方法关键在于建立模型和应用模型。建立模型的过程，本身就是创造的过程，应用模型的过程，就是识别、转化、再创造的过程。从某种角度来说，解题的过程，就是分析和还原物理模型的过程。即通过题中所给模型与自己头脑中已建立的模型间的对比，迅速再现已有模型，通过转换、移植，将那些物理过程复杂的，已知条件模糊的物理模型，变换成与之等效的、简单明了的另一种物理模型，或者分解成一些基本的物理模型组合，从而根据基本模型的解法解决问题。
教学中教师要引导学生正确建立模型， 固化模型，从而正确理解概念和规律，真正了解表示概念和规律的基本模型的内涵。一般问题的单元模型和特殊问题的模型，要引导学生在解决实际问题时，逐步建立和收集。这样，头脑中的“模型知识块”收集愈多，创造性地应用模型方法才有可能，才能更有灵活性。所以，教师要注重培养学生积极探索、刻苦钻研的精神，培养应用基本知识构建基本模型的能力，培养创造性地利用基本模型分析、比较、解决实际问题的能力。总之，模型方法的培养，有利于学生科学思维素养的培养，符合当前培养学生物理学科核心素养的要求。
模型方法的主要特征是具有创造性。模型方法的使用，能够激发人们的创造性思维。教学中，培养学生的模型意识，创建模型和使用模型的能力，能够提高学生的科学素养。在这里，我想就如何培养学生创建模型，如何使用模型方法等问题做一些探索，提出自己的一些做法。
一、教学中如何建立物理模型
在物理教学中，我们要充分利用每一条物理原理、定理或定律，与之相联系的物理模型，在解决实际问题时，也可以建立一系列特殊的物理模型。物理习题本身就是依据一定的物理模型进行构思、设计而成的。因此，正确识别、建立物理模型，熟练使用模型方法，是物理教学中应特别注意的，关键培养学生对模型的内涵的掌握、再现、转换等活化模型，发掘模型的能力，树立模型意识，培养学生的科学思维。
二、建立基本概念和规律的物理模型
物理学中的理想模型，是物理规律和物理理论赖以建立的前提和基础。基本概念和规律是与一定的物理模型相联系的，因而建立基本概念和规律的物理模型，是利用模型方法解决问题的基础。
为描述物体运动的方便，我们建立质点这个理想模型。有了“质点”这个模型，不管怎样大的和怎样复杂结构的物体，只要它的线度在研究问题中起的作用很小，我们就可以暂时撇开它，把物体看作有质量的点——“质点”。在分析物体受力时，如果受共点力作用，就可以把物体看成质点进行受力分析，能比较方便地画出受力图。在电学中建立“点电荷”这个理想模型，也是这个道理。热学中的理想气体，电学中的理想变压器、理想电压表、电流表以及弹簧振子、单摆等都是对实物忽略某些次要因素的影响，建立起的理想模型。
在近代物理中，对原子結构的描述，都利用了模型方法。开始汤姆生建立的“枣糕式 ”模型，后来α散射现象的发现，卢瑟福建立了“核式”结构模型，由于在原子稳定性方面的欠缺，玻尔又建立了原子有稳定轨道和能级的“玻尔模型”，成功地对氢原子的稳定性和光谱谱线做出解释，现代量子理论又建立了“电子云”描述等模型。从模型的建立过程，愈能反映出事物的本质特征来。通过模型的建立，使人们对事物的认识更加形象化、本质化。良好的模型，更能反映出物质的运动规律来。
三、建立一般问题的“单元模型”
每一物理问题，可以看成是简单一般的“单元模型”组合而成的。每个单元模型可以看作积木块，而复杂的物理问题则是积木块组合成的造型。造型是否优美精巧，就看组合得是否巧夺天工。物理习题的优劣，则是通过“单元模型”组合得是否有新意，组合得是否巧妙来判断。
在教学中，应注意一般问题模型积木块的建立。教师不仅应做出示范，而且应教给学生怎样建立问题的模型，发掘培养学生建立模型的能力。
四、建立特殊问题的模型.
在物理习题中，有一类问题，利用特定的方法进行思维，解决问题比较方便。在平常我们就需要建立这类问题的“特殊模型”。
如“人船模型”：质量为M的木船长l，质量为m的人站在船头，它们静止在平静的水面上。不计水的阻力，人从船头走到船尾，求船移动的距离。
这是所为“人船模型”的原始题型。确实理解该题，对解决这一类问题，有很重要的作用。研究时以人和船组成的系统为研究对象，它们受到的重力和水的浮力平衡，合外力为零，动量守恒。人在船上由静止开始运动，是船对人向前的摩擦力使人向前运动，同时人对船向后的摩擦力使船向后运动。人减速静止，船也减速静止，即他们同时运动，同时静止，同时加速，同时减速。
由于船是相对地面移动的，必须选大地为参照系（在动量守恒定律的应用中通常都选地面为参考系）。人、船移动的距离（对地）和所用时间的比值，就是人和船运动的平均速度，而人、船运动时间相同，消去时间，就把用质量和速度组成的动量守恒表达式，变成描述质量和距离的关系。由此就可以求出人和船移动的距离。
五、模型方法与物理学科核心素养的培养
物理学科核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。模型思维是科学思维很重要的一个方面，模型方法在培养学生的认识能力、转化处理能力和创造能力方面，不失为一种可取的行之有效的方法。
模型方法关键在于建立模型和应用模型。建立模型的过程，本身就是创造的过程，应用模型的过程，就是识别、转化、再创造的过程。从某种角度来说，解题的过程，就是分析和还原物理模型的过程。即通过题中所给模型与自己头脑中已建立的模型间的对比，迅速再现已有模型，通过转换、移植，将那些物理过程复杂的，已知条件模糊的物理模型，变换成与之等效的、简单明了的另一种物理模型，或者分解成一些基本的物理模型组合，从而根据基本模型的解法解决问题。
教学中教师要引导学生正确建立模型， 固化模型，从而正确理解概念和规律，真正了解表示概念和规律的基本模型的内涵。一般问题的单元模型和特殊问题的模型，要引导学生在解决实际问题时，逐步建立和收集。这样，头脑中的“模型知识块”收集愈多，创造性地应用模型方法才有可能，才能更有灵活性。所以，教师要注重培养学生积极探索、刻苦钻研的精神，培养应用基本知识构建基本模型的能力，培养创造性地利用基本模型分析、比较、解决实际问题的能力。总之，模型方法的培养，有利于学生科学思维素养的培养，符合当前培养学生物理学科核心素养的要求。