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【摘要】为了适应新时代的要求，我们在物理教学中，不但要使学生掌握知识，尤其需要培养学生正确的科学方法。建立物理模型是物理学研究的重要方法之一。在进行物理模型教学中，重点是使学生领会抽象概括出理想化模型的方法，明确建立物理模型的基本步骤。
【关键词】科学方法；物理模型；基本步骤；气体模型
随着知识经济的到来，21世纪的文盲将是不会学习的人，因此，学会怎样学习比学习什么更为重要。在物理教学中，我们不但要使学生掌握知识，尤其需要培养学生正确的科学方法。
物理模型是物理规律和物理理论赖以建立的基础，它是抽象化了的物理研究对象、物理条件和物理过程，这种对研究对象本质因素进行抽象的方法，就是模型方法，是物理学研究的重要方法之一、在中学物理教学中，学生所学习的每一条物理原理、定理或定律都与一定的物理模型相联系；解决每一个物理问题的过程，都是选用物理模型、使用模型方法的过程、因而，正确识别、建立物理模型以及熟练使用模型方法是学生应该具备的基本物理素质，也是高考选拔具有学习潜能的考生的重要内容。因此，我们在课堂中要注重培养学生建立物理模型的能力，掌握建立模型的方法，以适应新时代的要求。
在进行物理模型教学中，重点是使学生领会抽象概括出理想化模型的方法，明确建立物理模型的基本步骤：
一、观察实验现象积累经验
例如，我们在学习气体时，虽然它就在我们周围，但是我们看不见摸不着它，它究竟是什么样的？我们可以引导学生观察实验现象。
1. 用嗅觉体验。打开一瓶氨水，你马上闻到氨气刺鼻的味道。
2. 用看得见的气体做实验。滴几滴溴到一个量筒里，然后用一块玻璃板盖住它，黄红色的溴蒸气在量筒中越爬越高，很快溴气就均匀充满整个量筒。
3. 压缩空气。堵死自行车打气筒或喷水器的出口，压它的活塞；试着压缩一个已经吹胀的气球。气球可以被压缩，它的体积可以缩小，但是，气体的体积不可以无限制的缩小，你想把它压得越小就越困难。
二、抓主要因素，忽略次要因素，在经验事实的基础上建立物理模型
让我们根据上述实验现象——气体的膨胀和混合的性质来建立气体的模型。比方说，让我们想象气体是一大量向四面八方不停飞行的小弹子球，组成气体的这些小不点儿非常之小，因为我们看不见它们。我们想象它们是球形的，因为这是最简单的形状。每个人都知道短尾巴的、三角耳朵的卷毛狗，但是却没有人把看不见的气体想象成像一条卷毛狗那样。这样的模型使图像不必要的复杂化，复杂的模型使思索更困难，它不必要的细节会把我们导入死胡同。为了更容易理解，应当建立能够解释这种现象的尽可能简单的模型。
这些小弹子球必须运动，因为这样才能解释气体的膨胀和混合，它们相互撞击并且撞击容器壁。它们的无规飞行使它们充满提供给它们的体积。不过，这大量的弹子球并不把容器完全填实，否则就没法解释气体的可压缩性。
三、用建立的物理模型解决实际问题，预言未知现象
我们可以试着用新建立的模型来解释压力。
把一个乒乓球扔到天平的一个秤盘上，再把一些小弹子球撒到秤盘上，注视天平的指针。乒乓球碰到秤盘后反跳，它就给秤盘一个冲击，由连续倒下的小弹子球造成的冲击就生成了压力。把气体想象成大量弹子球的聚集体，这个模型就解释了气体连续的压力。
以往我们在讲气体压强的微观解释时，由于空气看不见，分子比较抽象，因此给教学带来一定的困难，学生的理解接受比较困难。如果我们在前面的学习时就用宏观物体建立物理模型，使抽象的分子形象化、具体化，就可以很好地启发了学生的认识和理解，在此处分析气体压强的微观解释就水到渠成，收到较好的教学效果。分析如下：
垂直作用于一个表面上的力F除以其面积A叫作压强p。下面用模拟实验考察影响压力F的诸因素。
模拟实验1： 压力pA依赖于撞击的频度
用小弹子球做空气的模型，.把盛弹子球的杯子拿到一个小称上空h=5cm高处，在t=10s内倒N=100粒弹子球连续倒到微微凸起的称盘上，称的指针会在一个平均值左右摆动.让我们记下这一平均值。重復这一实验，但第二次N=100粒弹子球在一半的时间即t=5s内倒出，这时称的指针指示的平均值大约是头一次实验指示的值的两倍。
弹子球的数目N除以倾倒时间t就得到撞击频度，我们用n来表示：n = N/t。从实验得到，增加撞击频度n，压力pA也增加。
模拟实验2：压力pA依赖于弹子球的质量
在t=5s里从h=5cm高度把N=100粒弹子球倒到称盘上，然后用同样数目的两倍质量的弹子球重复这个实验。观察到，后一情况下称的指针指示的平均值也大约是头一次实验指示的值的两倍。从实验得到，弹子球的质量增加，压力pA也增加。
模拟实验3：压力pA依赖于弹子球撞击的速率大小
先从h=5cm的高度，然后从h=20cm的高度，在t=5s里把N=100粒弹子球倒到称盘上。观察到，后一情况下称的指针指示的平均值大约是头一次实验指示的值的两倍。
在落向称盘的过程中弹子球的势能转变为动能，从4倍高度落下的弹子球以两倍大的速率撞击称盘。从实验得到，增加撞击的弹子球的速率，压力pA也增加。
模拟实验4：压力pA依赖于弹子球速度的变化
把一个橡皮球和一团生面团掉到地上，我们观察到面团停止运动，而橡皮球以原来速率反向运动，速度变化值为2v，动量变化值为2mv。显然橡皮球是容器内乱撞的气体弹子球更好的模型.
根据动量定理，很容易知道器壁对每一个弹子球的作用力的冲量为I=2mv。若t时间内有N个各弹子球撞击器壁，那么容器壁得到的动量之和是N·2mv。于是容器壁作用在气体上的力的时间平均值是：F=N·2mv/t。气体以同样大小但方向相反的力压迫容器壁：pA= N·2mv/t=n·2mv。
四、用新的实验现象检验这个物理模型的适用范围，进一步修正物理模型
我们此处建立的气体模型中，弹子球是一粒一粒的相互独立的，它们之间没有力的作用即理想气体。我们在学习气体定律时都要加适用条件：温度不太低，压强不太大。在此条件以外，温度很低、压强很大时，此气体模型需要修正。气体模型的修正涉及大学物理知识，但为了知识的完整性，我们可以简单的介绍。
教学中，通过对物理模型的设计思想及分析思路的教学，能培养学生对较复杂的物理问题进行具体分析，区分主要因素和次要因素，抓住问题的本质特征，正确运用科学抽象思维的方法去处理物理问题的能力，有助于学生思维品质的提高，有助于学生去掌握物理学的研究方法，奠定了学生获取知识、自主创新的基础。
【参考文献】
[1]Dede Miklos，Isza Sandor.“外星人”学物理[M].北京：人民教育出版社，2008.
[2]阎金铎.物理教学论[M].南宁：广西教育出版社，1996.
[3]郑青岳.理想化方法[M].杭州：浙江教育出版社，1996.
[4]张宪魁，王欣. 物理学方法论[M].西安：陕西人民教育出版社，1992.
【关键词】科学方法；物理模型；基本步骤；气体模型
随着知识经济的到来，21世纪的文盲将是不会学习的人，因此，学会怎样学习比学习什么更为重要。在物理教学中，我们不但要使学生掌握知识，尤其需要培养学生正确的科学方法。
物理模型是物理规律和物理理论赖以建立的基础，它是抽象化了的物理研究对象、物理条件和物理过程，这种对研究对象本质因素进行抽象的方法，就是模型方法，是物理学研究的重要方法之一、在中学物理教学中，学生所学习的每一条物理原理、定理或定律都与一定的物理模型相联系；解决每一个物理问题的过程，都是选用物理模型、使用模型方法的过程、因而，正确识别、建立物理模型以及熟练使用模型方法是学生应该具备的基本物理素质，也是高考选拔具有学习潜能的考生的重要内容。因此，我们在课堂中要注重培养学生建立物理模型的能力，掌握建立模型的方法，以适应新时代的要求。
在进行物理模型教学中，重点是使学生领会抽象概括出理想化模型的方法，明确建立物理模型的基本步骤：
一、观察实验现象积累经验
例如，我们在学习气体时，虽然它就在我们周围，但是我们看不见摸不着它，它究竟是什么样的？我们可以引导学生观察实验现象。
1. 用嗅觉体验。打开一瓶氨水，你马上闻到氨气刺鼻的味道。
2. 用看得见的气体做实验。滴几滴溴到一个量筒里，然后用一块玻璃板盖住它，黄红色的溴蒸气在量筒中越爬越高，很快溴气就均匀充满整个量筒。
3. 压缩空气。堵死自行车打气筒或喷水器的出口，压它的活塞；试着压缩一个已经吹胀的气球。气球可以被压缩，它的体积可以缩小，但是，气体的体积不可以无限制的缩小，你想把它压得越小就越困难。
二、抓主要因素，忽略次要因素，在经验事实的基础上建立物理模型
让我们根据上述实验现象——气体的膨胀和混合的性质来建立气体的模型。比方说，让我们想象气体是一大量向四面八方不停飞行的小弹子球，组成气体的这些小不点儿非常之小，因为我们看不见它们。我们想象它们是球形的，因为这是最简单的形状。每个人都知道短尾巴的、三角耳朵的卷毛狗，但是却没有人把看不见的气体想象成像一条卷毛狗那样。这样的模型使图像不必要的复杂化，复杂的模型使思索更困难，它不必要的细节会把我们导入死胡同。为了更容易理解，应当建立能够解释这种现象的尽可能简单的模型。
这些小弹子球必须运动，因为这样才能解释气体的膨胀和混合，它们相互撞击并且撞击容器壁。它们的无规飞行使它们充满提供给它们的体积。不过，这大量的弹子球并不把容器完全填实，否则就没法解释气体的可压缩性。
三、用建立的物理模型解决实际问题，预言未知现象
我们可以试着用新建立的模型来解释压力。
把一个乒乓球扔到天平的一个秤盘上，再把一些小弹子球撒到秤盘上，注视天平的指针。乒乓球碰到秤盘后反跳，它就给秤盘一个冲击，由连续倒下的小弹子球造成的冲击就生成了压力。把气体想象成大量弹子球的聚集体，这个模型就解释了气体连续的压力。
以往我们在讲气体压强的微观解释时，由于空气看不见，分子比较抽象，因此给教学带来一定的困难，学生的理解接受比较困难。如果我们在前面的学习时就用宏观物体建立物理模型，使抽象的分子形象化、具体化，就可以很好地启发了学生的认识和理解，在此处分析气体压强的微观解释就水到渠成，收到较好的教学效果。分析如下：
垂直作用于一个表面上的力F除以其面积A叫作压强p。下面用模拟实验考察影响压力F的诸因素。
模拟实验1： 压力pA依赖于撞击的频度
用小弹子球做空气的模型，.把盛弹子球的杯子拿到一个小称上空h=5cm高处，在t=10s内倒N=100粒弹子球连续倒到微微凸起的称盘上，称的指针会在一个平均值左右摆动.让我们记下这一平均值。重復这一实验，但第二次N=100粒弹子球在一半的时间即t=5s内倒出，这时称的指针指示的平均值大约是头一次实验指示的值的两倍。
弹子球的数目N除以倾倒时间t就得到撞击频度，我们用n来表示：n = N/t。从实验得到，增加撞击频度n，压力pA也增加。
模拟实验2：压力pA依赖于弹子球的质量
在t=5s里从h=5cm高度把N=100粒弹子球倒到称盘上，然后用同样数目的两倍质量的弹子球重复这个实验。观察到，后一情况下称的指针指示的平均值也大约是头一次实验指示的值的两倍。从实验得到，弹子球的质量增加，压力pA也增加。
模拟实验3：压力pA依赖于弹子球撞击的速率大小
先从h=5cm的高度，然后从h=20cm的高度，在t=5s里把N=100粒弹子球倒到称盘上。观察到，后一情况下称的指针指示的平均值大约是头一次实验指示的值的两倍。
在落向称盘的过程中弹子球的势能转变为动能，从4倍高度落下的弹子球以两倍大的速率撞击称盘。从实验得到，增加撞击的弹子球的速率，压力pA也增加。
模拟实验4：压力pA依赖于弹子球速度的变化
把一个橡皮球和一团生面团掉到地上，我们观察到面团停止运动，而橡皮球以原来速率反向运动，速度变化值为2v，动量变化值为2mv。显然橡皮球是容器内乱撞的气体弹子球更好的模型.
根据动量定理，很容易知道器壁对每一个弹子球的作用力的冲量为I=2mv。若t时间内有N个各弹子球撞击器壁，那么容器壁得到的动量之和是N·2mv。于是容器壁作用在气体上的力的时间平均值是：F=N·2mv/t。气体以同样大小但方向相反的力压迫容器壁：pA= N·2mv/t=n·2mv。
四、用新的实验现象检验这个物理模型的适用范围，进一步修正物理模型
我们此处建立的气体模型中，弹子球是一粒一粒的相互独立的，它们之间没有力的作用即理想气体。我们在学习气体定律时都要加适用条件：温度不太低，压强不太大。在此条件以外，温度很低、压强很大时，此气体模型需要修正。气体模型的修正涉及大学物理知识，但为了知识的完整性，我们可以简单的介绍。
教学中，通过对物理模型的设计思想及分析思路的教学，能培养学生对较复杂的物理问题进行具体分析，区分主要因素和次要因素，抓住问题的本质特征，正确运用科学抽象思维的方法去处理物理问题的能力，有助于学生思维品质的提高，有助于学生去掌握物理学的研究方法，奠定了学生获取知识、自主创新的基础。
【参考文献】
[1]Dede Miklos，Isza Sandor.“外星人”学物理[M].北京：人民教育出版社，2008.
[2]阎金铎.物理教学论[M].南宁：广西教育出版社，1996.
[3]郑青岳.理想化方法[M].杭州：浙江教育出版社，1996.
[4]张宪魁，王欣. 物理学方法论[M].西安：陕西人民教育出版社，1992.