教学过程中所涉及的教学方法并非仅针对特定的课堂，这些方法是从数量庞大的不同类型的课堂中概括和归纳出来的一般性操作规则。教学方法的存在需要依赖具体的课堂，如果撇开了具体的课堂而谈物理建模教学方法便是无意义的空谈。所以本节论述物理建模教学的方法是以具体课堂为线索论述的。由于对物理建模宏观的教学操作或者建模的程序，物理教育工作者们已经进行了论述，所以本节的重点是根据现行的物理教材以及通过观摩课堂教学，归纳总结在教学中可以实施的物理建模教学：情境建模、实验建模、图像建模和历史建模，并对这四种建模方式进行了方法论述，然后选择了相对应的教学案例进行说明。本书通过四种物理建模的方法教学，以期提高学生对物理建模多样性的认识，增强学生将所学到的理论联系到实际中去的意识，在建模的过程中培养学生解决复杂问题的能力，而这种能力仅仅单靠教师口头的讲授或者单一的习题练习是需要花费成倍的时间才能得到提高的。

一、情境建模

情境教学是新课程改革的重要理念之一，即通过语言、图片、音乐或者其他教学手段对研究对象的形象进行描述或模拟，促使学生产生一种亲临其境的逼真感，进而实现既定的教学目标。情境建模是指教师紧扣教学，创设情境，引导学生根据情境所描述、提出的问题，根据问题的主要特征而建立简化后的物理模型，解析物理模型，然后推广交流。学生在教师引导下，在教师创设的情境中，在建立模型的过程中发现问题，收集有效信息，解决实际问题等。例如，在万有引力应用的教学中，教师便可根据“俄美卫星相撞碎片部分坠落地球”的新闻案例创造情境，引导学生根据情境建立模型。教师可利用图片、视频报道、文字报道等多种手段介绍这场人类太空史上首次完整的两个卫星在轨道上的碰撞，引导学生融入所创设的情境中。学生一方面为这种灾难而感到悲伤，另一方面会思考关于这两颗卫星的碰撞与所学知识有何种联系，从而激发自身将所学的知识与教师所创设的情境结合起来的探究欲。所学知识直接与情境结合比较困难，需要一个中间的过渡，而这个过渡便是建立物理模型过程。学生可以从目标出发，提出问题，再根据需要解答的问题，忽略卫星的形状、大小、碰撞的时间等次要因素，收集卫星运行的速度、运行的高度、运行的周期等数据，简化得到卫星运动是质点围绕地球做匀速圆周运动的模型，在此基础上解析根据模型提出的问题、可能用到的数据，然后回到情境，深刻理解卫星的运动情形。

二、历史建模

物理学的发展是具有传承性的，在一代又一代科学工作者的努力下，物理学才发展到如今的地步。物理学的历史是值得挖掘的。前人的研究背景、研究方法、研究过程及研究思路都可以作为以后研究的参考。后人借鉴前人成功的思想或方法，吸收失败的经验和教训，在物理学的继续研究中努力前行。中学物理课堂上，在归纳总结科学工作者的研究思想，归纳其在研究过程中所建立的物理模型，根据模型的更新代替过程而进行方法教育的同时也进行了物理学史的教育，使得学生知道了物理学发展的艰辛历程，对物理学的知识有着新的认识。历史建模课堂强调的是在物理发展历史中，对物理学家所建立模型的理解，根据所建立的模型理解知识发展的脉络。例如，在牛顿第一定律的历史建模课堂教学中，师生首先从亚里士多德关于运动与力的关系着手，建立力是维持物体运动的结论模型，再从伽利略著名的理想实验研究方法着手，建立力不是维持物体运动的结论模型，紧接着在之前的基础上得到了牛顿第一定律的结论模型。根据物体运动与力的关系的历史脉络，学生厘清了在物理学发展历史中运动与力的发展的结论模型，在掌握知识的同时对物理的发展有了更深的认识。(www.daowen.com)

三、图像建模

人们解决问题所用的思维方式是不同的，有直观型思维和抽象型思维之分。在直观型思维中，人们首先利用视觉捕捉到研究对象所具有的特征，然后在头脑中产生知觉判断，对这种可视化的模型进行理解和记忆。这便是图像建模的过程。图像建模是通过视觉进行思考的模式。视觉思维研究专家阿恩海姆曾说：“视觉这种思维方式是人类所有认识方式中最有效的一种，它具有思维的理性特征，它与人类的任何思维活动都具有非常紧密的联系。”通过视觉捕捉到研究对象的特征，通过逻辑演变，忽略次要因素，抓住研究对象的主要特征，再以图形的方式进行具体对象的重组，使研究对象更加形象和具体，有助于深入思考和研究对象。物理学的发展历程中有着许多利用图像进行思考并建立模型的研究案例，通过案例研究过程的重现，既能对物理历史发展有着清晰的认识，又能提升对科学研究者思维认识的程度。例如，牛顿在思考月亮和地球的运动模式期间，无意中走进一果园，看见树上的苹果落地后，进行了为何苹果不会向月亮方向运动而是往地球掉落的思考。在这个基础上，牛顿研究了很多年，最终得出了统一天体运行的万有引力定律。而物理历史研究者对是否真实发生过“苹果落地”这一事情一直持保留态度，部分人不相信这个具有浪漫色彩的故事是真实的。虽然这个故事是牛顿亲口对他的亲人所说的，但他们更愿意相信这是牛顿为了在和胡克关于万有引力二次方的发明权的争执中占据优势地位而虚构的。姑且搁置这个故事的真实性于一旁，就牛顿所述说的这个故事来讲，苹果落地的情境其实就是一种动态的图像模型。将这个动态图像中次要的影响因素忽略后所留下的只有苹果落地。这种图像建模方式所建立的图形非常形象具体。牛顿见到苹果落地后，在脑海中留下了一个图像模型，而这个图像模型在以后的研究中也常会出现在其脑海中。因此，牛顿所说的关于苹果落地的故事从某种方面来讲有可能是真实的。就如爱因斯坦在他的演讲中多次提到，他思考相对论的源泉是少年时代留在脑海中的追光实验，这种实验的图像一直留在其脑海中，挥之不去，直至使他最后提出了相对论。

四、实验建模

物理是一门以实验为基石的学科，有的物理结论是由实验直接得到的，有的物理结论是由严密的逻辑推断出来的，但这需要经过实验证明后方能被大家接受。由此可见，实验在物理教学中的重要性。对于一些不易理解的教学难点，通过实验使之形象化和具体化之后，学生便更容易理解了。当物理课堂涉及生活中的问题时，利用简易实验器材，建立实验模型，通过抽象和精简将复杂的情境简洁重现的过程便是实验建模。在实验建模过程中，我们首先需要分析实际情境，然后根据情境抓住主要的分析对象利用常见的实验器材建立与之相类似的实验模型，再通过实验操作研究模型，对模型进行分析，最终解决问题。例如，在“向心力与向心加速度”这节课中，圆锥摆是一个经典分析对象，在课堂利用实验建立圆锥摆模型便是实验建模过程的体现。首先，教师可让学生联想游乐城中小孩在钢绳的拉动下做旋转椅游戏，分析小孩和钢绳。为了更清晰地了解整个过程，教师可以引导学生利用手中的仪器做一简单的实验模拟，实验仪器为一根细绳以及一个铁球。细绳倾斜，铁球在细绳的带动下做圆周运动，小球与细绳组成的便是圆锥摆的实验模型。分析铁球的运动以及铁球受力可知：提供铁球圆周运动的向心力是细绳在水平方向拉力的分力，也是小球的重力和细绳的合力所提供的。学生利用手中的仪器抓住研究复杂案例的主要因素而重新建构研究对象，然后进行分析，既锻炼了自己的动手能力，又加强了自己的分析能力和解决问题的能力，对迁移能力的提升也有较大的作用。