简论解决物理问题的模型思维方法

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毕业论文是教学科研过程的一个环节，也是学业成绩考核和评定的一种重要方式。毕业论文的目的在于总结学生在校期间的学习成果，培养学生具有综合地创造性地运用所学的全部专业知识和技能解决较为复杂问题的能力并使他们受到科学研究的基本训练。

论文摘要物理模型思维在中学的研究和学习中是物理学习、分析处理和解决物理问题的思维方法。通过简化和纯化研究对象及其所处的状态和发展变化的过程，大大的方便了对物理问题的处理。在许多实际的物理问题中，有些研究对象以及它们所处的状态和发展变化的过程都比较接近物理模型，更拓宽了物理模型的应用范围。

论文关键词物理问题模型思维模型分类模型转换

高中阶段学生解决问题存在的困难就在于不能随着物理情景的变化而建立恰当的物理模型，从而寻找适合的物理规律。学生由于思维定势，拿到实际题目后不能从审题中确定准确的物理图景，建立恰当的物理模型，而是想当然的和以往的题目做比较，熟悉的就套公式，不熟悉的就无从下手，长期就导致学生学习物理没有兴趣，不知来龙去脉，更谈不上从解题过程中巩固基础知识，培养各种思维能力的目的。因此在高中物理教学中一定要重视物理模型思维方法的培养。

一、模型的分类

物理模型是一个理想化的形式，可以从不同的角度有不同的区别，为了便于理解和应用，根据中学物理教学和教学功能模型的特点，可以分为三类：对象模型，条件模型，过程模型。

(一)对象模型

在具体的物质组成的地方使用，被称为代表实体对象系统的对象模型。这种类型的模型是最常见的，在高中物理中刚体、杠杆，轻弹簧，质子、单摆、弹簧振子、分子模型，绝缘材料、黑体、理想导体、绝缘体、理想电表、纯电阻、无限长螺线管，薄透镜原子的核结构模型等。

(二)过程模型

具体的物理过程理想化，抽象的纯物理过程，被称为过程模型。事情的性质发生变化的各种路径是极其复杂的，在物理学的研究，不可能面面俱到。主要是区分其主要因素和次要因素，然后忽略次要因素，在运动的过程中获得变化结果，以便只留下的主要因素。理想的模型，如匀速直线运动，匀变速直线运动等运动过程，都是以突出某一方面的主要特点，忽略一些二次加工后的过程而抽象成为理想的过程。这些都是一个过程模型。

(三)状态模型(也称为有条件的模型)

研究的外部条件是处于理想状态中，排除在外部条件的次要因素的干扰是研究运动的本质特征，突出的外部条件，是我们之所以建立物理模型的最重要因素。因此而建立的模型被称为状态模型。如光滑平面，灯杆，灯绳，均匀介质，均匀的电场，等等，都属于有条件的模型。有条件的模型的建立，是为了简化问题的复杂性，从而在一种理想的运动状态中得出它的运动模式。

在教学中根据中学物理中的大量实际问题的诸多特点而建立的上述三种模式，事实上，在相同的物理问题，往往需要创建多个模型，多种模型往往利用集成的物理问题的研究不可分离的模型，我们不能仅仅满足对知识的学习，应基于物理的思维方式，注意方法的渗透，自觉学习，注意加强意识的模型，选择适当的模式来解决物理问题。

二、模式转型

理想的模式是不仅物理学赖以建立的基本思路，而且在解决实际问题的重要途径和方法用于物理。物理模型是有限的，但客观事物是无限的，尤其是高中物理教学，由于学生所学的物理知识和数学能力的限制，约束，许多物理模型不能直接抽象为学生熟悉与模型。这就需要我们引导学生某些类型的操作，他们是熟悉另外一个陌生的模型的替代模型，只要在该模型的前提下，同样的效果转换，往往使问题变得更简单，更具体，更生动，更容易掌握。

(一)变换研究对象进行模型转换

一个物理问题中总会涉及到很多物体，解决问题时首先应明确研究对象，根据题目的要求选择恰当的研究对象对于解题过程是否顺利起着决定性的作用。有时研究对象选单个物体，有时选多个相互作用的物体组成的系统，还有时在同一个问题中须根据研究过程情景的变化灵活变换研究对象来解决问题。

(二)认真分析运动过程进行模型转换

一个物理问题的解决，很重要的方面是物理过程和物理状态的分析，只有深刻透析过程中的物理性质的分析，可以发现其所按照规律，以便选择适当的物理公式，解决未知的参数和未知量，以达到解决问题的目的。

(三)恰当选择参考系进行模型转换可达事半功倍的效果

在研究物体的运动之前必须首先选定参考系，习惯上大家都选相对于地面不动的物体为参考系。但是，有时这样选择后却使得问题特别复杂而难以解决。因此为了研究的方便，也可以视问题的具体情况巧妙的选用其他物体做参考系(如两车的追及问题、同时开始的自由落体问题等)，从而可简化求解过程。

(四)利用等效思维转换模型

物理等效思维意味着从同等效力的研究和学习的物理现象和物理过程的思维方式之间的事情，并分析物理问题和运用解决物理问题的思维形式。使用物理问题简化为相当于实际复杂的物理现象和物理过程或物理问题的思维，并转换为等效的理想和简单的物理现象，物理过程或物理问题来研究和处理。

(五)适当运用逆向思维建立模型，化繁为简，提高解题能力

逆向思维是一种与传统的、逻辑的或群体的思维方向完全相反的思维方式。它善于从相反的角度、不同的立场、不同的侧面去思考问题，当某一思路受阻时，能够迅速转移到另一思路，从而使问题得到顺利的解决。例如，法拉第在电能生磁的基础上进行逆向思维，萌发了磁能否生电的想法，终于发现电磁感应现象，导致了电气化时代的诞生。

(六)对实际问题进行理想化处理建立模型，培养抽象思维能力

所谓理想化，就是把客体抽象成模型的思维方法。为了剖析复杂繁琐的物理现象，物理学家通常取用简单化的方法，对客体进行科学化、逻辑化的抽象。在制约着研究对象的众多主次因素里，把作用小并且不影响本质的次要因素予以删略，将事物抽象成只具有不影响原事物功能和特质的核心因素的模型。理想化是物理学中最重要的科学方法之一，中学物理教材几乎全都是在理想化思想指导下取得的人类智慧的结晶。自由落体运动、抛体运动、匀强电场等等，无一不是理想化的过程或模型。

(七)巧妙类比，迁移知识建立模型，培养学生联想思维能力

类比是从两类不同事物之间找出某些相似关系的思维方法，它的本质的、深刻的特征，就在于要求突出地抓住类比对象之间的关系相似，根据两个对象部分属性相似或相同，从而推出另一些属性也可能相似或相同的一种科学方法。联想类比作为一种策略，在引导学生解决物理实际问题时也起着不可低估的作用。在解决具有创新能力的新题型时，要通过对题设信息的分析，探索出试题设问的实际问题与中学物理学科知识的相同点或相似点，将所学的知识迁移到新情境中去。通过联想类比，可以唤醒记忆，沟通新旧知识之间的联系，从而化难为易，化隐为显，化生疏为熟悉，从而使问题得以解决。

(八)运用估算法建立模型，解决实际问题

物理估算，是指对物理量的大致数值范围或数量级进行科学的推算方法。求解物理估算问题，往往能够体现是否有明确的物理思想以及求解物理问题的灵活方法，也往往体现出是否具有优良的科学素质。估算与精确计算相比，不是降低而是提高了对运用数学解决物理问题能力的要求。学生往往具有一种单纯追求精确计算而忽视估算的倾向，一遇到已知数值给的不够的问题时，就放弃了解决问题的努力。事实上，许多这类问题是能够根据物理规律并通过估算得出令人满意的结果的。

一般来说，在简要说明物理估计问题过程中，所给的已知数据是有时很少，有时太多，这些已知量和未知量之间的关系还远未明朗，往往夹杂一些干扰因素。因此，解决实际的物理问题时，我们必须先仔细分析预设的物理现象，对给定的物理情景进行深入的分析，抽象出物理过程的本质，明确解决的知识范围的问题，澄清有关概念，适当的选择物理定律，应用物理知识实现准确定位，从而达到解决问题的目的。

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