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【内容摘要】法国科学方法论学者阿雷曾经说过：“科学的基本活动就是探索和制定模型。”笔者在多年高中物理教学经验的基础上，总结了帮助学生正确认识物理模型的意义、建立发展物理模型抽象思维，进而熟练使用模型解决实际问题的多种方式。
【关键词】物理模型 物理学史 实验 多媒体 实际应用
经常听到有学生说，老师好厉害，一道题一下子就解出来了，我们为什么找不到解题的方向呢？究其原因，在教师的头脑中存在着一个个基本的物理模型，能很快地举一反三，因此能适应题目的任何变化。而学生的头脑中若没有形成这种基本的物理模型，就很难灵活地举一反三。因此，促进学生物理模型思维的发展就显得尤其重要了。在高中物理教学中，可以通过多种方式引导，促进学生物理模型思维的发展。
一、物理学史引导，认识物理模型的意义
高中物理教材中有许多物理学史的教育内容。如“原子模型的建立与发展”：从汤姆逊葡萄干布丁模型到卢瑟福行星模型，到玻尔模型的建立，再到现代的电子云模型。通过史实介绍，帮助学生建立原子结构模型，明确原子结构模型是一个假想结构，并且是随着人们对微观世界认识的进步发展而逐步完善的。
再如学习“牛顿第一定律”时，可以引导学生回顾史实材料：伽利略对“有力才有运动，力撤去运动就停止”的精心研究；伽利略对接斜面的理想实验；伽利略从观察教堂中的灯摆动到伽利略针和单摆实验。通过一系列的小故事不仅渗透物理学科的研究方法和物理思想，也让学生理解正是伽利略和牛顿构建了光滑这一理想化的模型，才有了惯性定律的重大发现。
考查物理学史的过程中，师生一起循着前人的足迹，体会物理知识的形成过程，会发现物质世界是复杂多样的，物理现象和物理规律也是复杂多样的，前人在物理学研究中抓住了其主要因素，突出了其本质特征，建立了一种理想物质、理想过程或假想结构，才使复杂的事物、过程简单化。使学生体会这就是建立物理模型的抽象思维过程，也正是模型的建立，才不断促进物理学研究的发展。
二、实验引导，建立物理模型思维
物理实验有助于学生更好地理解自然现象的本质。通过实验引导，学生体验建立模型的过程方法，在体验中思考、感悟以至升华。因此实验是帮助学生建立物理模型思维的基本途径。
如建立“匀变速直线运动”模型时，先让学生做分组实验，然后通过对纸带数据的处理判断物体是否做匀变速直线运动，体会逐差法在数据处理中的优势；再引导学生用图像法表示速度随时间的变化关系，绘制“v-t”图像，培养学生利用图像处理数据的能力，体会数学工具在物理问题中的应用。在学生实验及数据处理、图像处理的过程中，不可见的“加速度”跃然纸带和图像上，在学生脑海中形成直观且形象具体的物理模型，拉近了模型与实际的距离，抽象的“匀变速直线运动”渐渐变成具有思维特征的物理模型。这样通过学生自主体验建立起来的物理模型也因此令人印象深刻。
三、多媒体引导，发展物理模型思维
物理同生活密切相关，而学生生活经历较少，平时对生活中的物理现象又缺乏观察与思考，造成抽象思维缺失，很难建立物理模型思维。在课堂教学中，利用多媒体技术，用直观的影像可以弥补学生抽象思维的不足和生活经历的缺失。如很难让学生直观了解的布朗运动、电磁场、卢瑟福原子核式结构、光的粒子性、光电效应等。再如讲授“圆周运动”时，利用多媒体手段让学生观察摩托车比赛时，弯道路面的倾斜角、飞机转弯时，机翼的倾斜情况等。
物理教学中抽象知识理论比较多，学生不易理解，利用多媒体引导，有助于将这些抽象的知识理论具体化、形象化、直观化，有助于学生进一步发展物理模型思维。如“电磁流量计”中的“液柱”模型、“理想气體”模型、“分子势能”的“弹簧”模型等。
有些物理过程漫长或稍纵即逝，都不易观察。通过多媒体引导，可将这些物理过程变为可控的、有序的演示过程，使学生获得完整、清晰、形象的体验过程。如“海市蜃楼”等。再如学习“万有引力”时，通过多媒体模拟再现卡文迪许的经典实验、展示根据万有引力和圆周运动理论逐步发展起来的航天事业和天文事业。不仅让学生建立了物理模型，也使学生认识到物理模型的重要性、实用性。
四、实际应用中引导，强化物理模型思维
学生解题困难，其中一个重要原因就是学生对题目的物理过程不甚理解，头脑中即使有了相关的物理模型，但是不能灵活地举一反三，不能与相关模型建立对应关系。作为教师，我们不妨告诉学生，物理习题虽然千变万化，但都是依据一定的物理模型，考查各相关物理量之间的关系。我们解题的过程就是根据题目给出的已知条件，将题中隐含的物理模型还原，找出各物理量之间的关系，然后列式求解的过程。这个过程需要学生在实际应用中体验，然后顿悟。因此，在课堂教学中，教师应强化物理模型在问题解决中的实际应用。
（1）例题教学中着重引导分析。实际题目中，错综的信息材料包含着复杂的物理因素。教师应充分利用例题教学，引导学生学会如何对题目信息进行加工提炼，再通过抽象、概括、联想类比、启发迁移等思维活动，理解题中的物理图景，构建出相关的物理模型（如对象模型、条件模型和过程模型等）。例如在题目中出现“接触面光滑”即不考虑摩擦，“两物体间的距离远大于它的线度”意为物体可以视为质点，“轻质弹簧”或“轻绳”即指不考虑弹簧或绳的质量。在有关电磁流量计、霍尔效应等问题中，一般是先建立“匀强电场模型”；研究静电除尘问题时，则往往将均匀分布的尘粒看做“质心位于电间中点位置”的模型等。
例1：设月球表面均匀带负电，一电子粉尘悬浮在距月球表面1000km的地方不动；又若将同样的电子粉尘带到距月球表面2000km的地方，相对月球无初速释放，则此电子粉尘（ ）。
A.向月球下落
B.仍在原处悬浮
C.推向太空
D.无法判断 【解析】依题意，月球表面均匀带负电，可以建立模型，即负电荷全部集中在月球中心。
由 可知，电子粉尘在距月球表面同一位置时，所受万有引力与库仑力相等。故选B。
通过例题教学，教师还应引导学生学会如何根据题设条件，发现物理过程的本质特征，然后建立熟悉、简单的等效模型，使复杂问题简单化，求解过程优化。
例2：侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为h，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全都拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球的半径为R，地面处的重力加速度为g，地球自转的周期为T。
【解析】依题意，可将极地侦查卫星看做质点，建立其运动模型：匀速圆周运动。设其周期为T1，
设周期为T1，则： ①
地面重力加速度为g，则有：
②
由①②可得卫星周期：
其中r=h R
地球自转周期为T，则卫星绕行一周，地球自转角度为：
∴卫星每经赤道上空时，摄像机至少拍摄赤道圆周的弧长为：
由以上两道例题可知，复杂的问题往往可以拆解为多个相关联的物理模型，我们只有理解出题者设计题目的意图，建立清晰、准确的物理模型，才能理清思路，順利解题。
（2）通过图形化训练强化学生的模型思维。高中物理问题的解决需要学生具备较高的抽象思维能力，学生若对物理过程的“难以想象”，势必在分析物理过程时会“难以理解”。因此，教师可通过画图分析引导学生建构物理模型，通过图象把难以想象的问题情景直观形象地展现出来。如探究物体的运动规律时，可以画物体受力图、运动状态图，还可以利用数学知识画运动规律二维图象，画图过程既是对物理过程的有序分析过程，也是学生建立物理模型的抽象思维过程，有时，随着图形图像的画出，所求问题即迎刃而解。
综上所述，帮助学生正确认识物理模型的意义、建立发展物理模型抽象思维，进而熟练使用模型解决实际问题是高中物理课堂教学的重要任务。建立物理模型抽象思维是高中物理学习者应该具备的基本物理素质，物理问题的解决过程，实际上也是正确选用并使用物理模型的过程。正如法国科学方法论学者阿雷所说：“科学的基本活动就是探索和制定模型。”
【参考文献】
[1] 全日制普通高级中学教科书（必修）物理第一册[M]. 人民教育出版社.
[2] 翟杰予. 例析天体的运动问题[J]. 中学生数理化（高一版），2009.
[3] 袁振国. 教育新理念[M]. 科学教育出版社.
[4] 阎金铎、田世昆. 中学物理教学概论[M]. 高等教育出版社.
[5] 田进昆、胡卫平. 物理思维论[M]. 广西教育出版社，1996.12.
（作者单位：江苏省昆山中学）
【关键词】物理模型 物理学史 实验 多媒体 实际应用
经常听到有学生说，老师好厉害，一道题一下子就解出来了，我们为什么找不到解题的方向呢？究其原因，在教师的头脑中存在着一个个基本的物理模型，能很快地举一反三，因此能适应题目的任何变化。而学生的头脑中若没有形成这种基本的物理模型，就很难灵活地举一反三。因此，促进学生物理模型思维的发展就显得尤其重要了。在高中物理教学中，可以通过多种方式引导，促进学生物理模型思维的发展。
一、物理学史引导，认识物理模型的意义
高中物理教材中有许多物理学史的教育内容。如“原子模型的建立与发展”：从汤姆逊葡萄干布丁模型到卢瑟福行星模型，到玻尔模型的建立，再到现代的电子云模型。通过史实介绍，帮助学生建立原子结构模型，明确原子结构模型是一个假想结构，并且是随着人们对微观世界认识的进步发展而逐步完善的。
再如学习“牛顿第一定律”时，可以引导学生回顾史实材料：伽利略对“有力才有运动，力撤去运动就停止”的精心研究；伽利略对接斜面的理想实验；伽利略从观察教堂中的灯摆动到伽利略针和单摆实验。通过一系列的小故事不仅渗透物理学科的研究方法和物理思想，也让学生理解正是伽利略和牛顿构建了光滑这一理想化的模型，才有了惯性定律的重大发现。
考查物理学史的过程中，师生一起循着前人的足迹，体会物理知识的形成过程，会发现物质世界是复杂多样的，物理现象和物理规律也是复杂多样的，前人在物理学研究中抓住了其主要因素，突出了其本质特征，建立了一种理想物质、理想过程或假想结构，才使复杂的事物、过程简单化。使学生体会这就是建立物理模型的抽象思维过程，也正是模型的建立，才不断促进物理学研究的发展。
二、实验引导，建立物理模型思维
物理实验有助于学生更好地理解自然现象的本质。通过实验引导，学生体验建立模型的过程方法，在体验中思考、感悟以至升华。因此实验是帮助学生建立物理模型思维的基本途径。
如建立“匀变速直线运动”模型时，先让学生做分组实验，然后通过对纸带数据的处理判断物体是否做匀变速直线运动，体会逐差法在数据处理中的优势；再引导学生用图像法表示速度随时间的变化关系，绘制“v-t”图像，培养学生利用图像处理数据的能力，体会数学工具在物理问题中的应用。在学生实验及数据处理、图像处理的过程中，不可见的“加速度”跃然纸带和图像上，在学生脑海中形成直观且形象具体的物理模型，拉近了模型与实际的距离，抽象的“匀变速直线运动”渐渐变成具有思维特征的物理模型。这样通过学生自主体验建立起来的物理模型也因此令人印象深刻。
三、多媒体引导，发展物理模型思维
物理同生活密切相关，而学生生活经历较少，平时对生活中的物理现象又缺乏观察与思考，造成抽象思维缺失，很难建立物理模型思维。在课堂教学中，利用多媒体技术，用直观的影像可以弥补学生抽象思维的不足和生活经历的缺失。如很难让学生直观了解的布朗运动、电磁场、卢瑟福原子核式结构、光的粒子性、光电效应等。再如讲授“圆周运动”时，利用多媒体手段让学生观察摩托车比赛时，弯道路面的倾斜角、飞机转弯时，机翼的倾斜情况等。
物理教学中抽象知识理论比较多，学生不易理解，利用多媒体引导，有助于将这些抽象的知识理论具体化、形象化、直观化，有助于学生进一步发展物理模型思维。如“电磁流量计”中的“液柱”模型、“理想气體”模型、“分子势能”的“弹簧”模型等。
有些物理过程漫长或稍纵即逝，都不易观察。通过多媒体引导，可将这些物理过程变为可控的、有序的演示过程，使学生获得完整、清晰、形象的体验过程。如“海市蜃楼”等。再如学习“万有引力”时，通过多媒体模拟再现卡文迪许的经典实验、展示根据万有引力和圆周运动理论逐步发展起来的航天事业和天文事业。不仅让学生建立了物理模型，也使学生认识到物理模型的重要性、实用性。
四、实际应用中引导，强化物理模型思维
学生解题困难，其中一个重要原因就是学生对题目的物理过程不甚理解，头脑中即使有了相关的物理模型，但是不能灵活地举一反三，不能与相关模型建立对应关系。作为教师，我们不妨告诉学生，物理习题虽然千变万化，但都是依据一定的物理模型，考查各相关物理量之间的关系。我们解题的过程就是根据题目给出的已知条件，将题中隐含的物理模型还原，找出各物理量之间的关系，然后列式求解的过程。这个过程需要学生在实际应用中体验，然后顿悟。因此，在课堂教学中，教师应强化物理模型在问题解决中的实际应用。
（1）例题教学中着重引导分析。实际题目中，错综的信息材料包含着复杂的物理因素。教师应充分利用例题教学，引导学生学会如何对题目信息进行加工提炼，再通过抽象、概括、联想类比、启发迁移等思维活动，理解题中的物理图景，构建出相关的物理模型（如对象模型、条件模型和过程模型等）。例如在题目中出现“接触面光滑”即不考虑摩擦，“两物体间的距离远大于它的线度”意为物体可以视为质点，“轻质弹簧”或“轻绳”即指不考虑弹簧或绳的质量。在有关电磁流量计、霍尔效应等问题中，一般是先建立“匀强电场模型”；研究静电除尘问题时，则往往将均匀分布的尘粒看做“质心位于电间中点位置”的模型等。
例1：设月球表面均匀带负电，一电子粉尘悬浮在距月球表面1000km的地方不动；又若将同样的电子粉尘带到距月球表面2000km的地方，相对月球无初速释放，则此电子粉尘（ ）。
A.向月球下落
B.仍在原处悬浮
C.推向太空
D.无法判断 【解析】依题意，月球表面均匀带负电，可以建立模型，即负电荷全部集中在月球中心。
由 可知，电子粉尘在距月球表面同一位置时，所受万有引力与库仑力相等。故选B。
通过例题教学，教师还应引导学生学会如何根据题设条件，发现物理过程的本质特征，然后建立熟悉、简单的等效模型，使复杂问题简单化，求解过程优化。
例2：侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为h，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全都拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球的半径为R，地面处的重力加速度为g，地球自转的周期为T。
【解析】依题意，可将极地侦查卫星看做质点，建立其运动模型：匀速圆周运动。设其周期为T1，
设周期为T1，则： ①
地面重力加速度为g，则有：
②
由①②可得卫星周期：
其中r=h R
地球自转周期为T，则卫星绕行一周，地球自转角度为：
∴卫星每经赤道上空时，摄像机至少拍摄赤道圆周的弧长为：
由以上两道例题可知，复杂的问题往往可以拆解为多个相关联的物理模型，我们只有理解出题者设计题目的意图，建立清晰、准确的物理模型，才能理清思路，順利解题。
（2）通过图形化训练强化学生的模型思维。高中物理问题的解决需要学生具备较高的抽象思维能力，学生若对物理过程的“难以想象”，势必在分析物理过程时会“难以理解”。因此，教师可通过画图分析引导学生建构物理模型，通过图象把难以想象的问题情景直观形象地展现出来。如探究物体的运动规律时，可以画物体受力图、运动状态图，还可以利用数学知识画运动规律二维图象，画图过程既是对物理过程的有序分析过程，也是学生建立物理模型的抽象思维过程，有时，随着图形图像的画出，所求问题即迎刃而解。
综上所述，帮助学生正确认识物理模型的意义、建立发展物理模型抽象思维，进而熟练使用模型解决实际问题是高中物理课堂教学的重要任务。建立物理模型抽象思维是高中物理学习者应该具备的基本物理素质，物理问题的解决过程，实际上也是正确选用并使用物理模型的过程。正如法国科学方法论学者阿雷所说：“科学的基本活动就是探索和制定模型。”
【参考文献】
[1] 全日制普通高级中学教科书（必修）物理第一册[M]. 人民教育出版社.
[2] 翟杰予. 例析天体的运动问题[J]. 中学生数理化（高一版），2009.
[3] 袁振国. 教育新理念[M]. 科学教育出版社.
[4] 阎金铎、田世昆. 中学物理教学概论[M]. 高等教育出版社.
[5] 田进昆、胡卫平. 物理思维论[M]. 广西教育出版社，1996.12.
（作者单位：江苏省昆山中学）