試析高中物理課堂中建模教學(xué)的有效應(yīng)用

沈賽華

高考物理題的命題側(cè)重于聯(lián)系實際以及與現(xiàn)代科技相結(jié)合的內(nèi)容，借此來考查學(xué)生學(xué)以致用的能力.物理模型的建立，可以引導(dǎo)學(xué)生理解物理知識深刻的內(nèi)涵與外延，有利于學(xué)生掌握物理知識，提高運用知識的能力.本文作者通過參閱大量文獻資料，并結(jié)合自身處于一線的教學(xué)實踐經(jīng)驗來探討高中物理教學(xué)中建模教學(xué)的有效應(yīng)用，希望對高中生的物理學(xué)習(xí)提供可取經(jīng)驗.

解決物理問題的過程通常包含研究對象的確定、次要因素的排除、物理情景創(chuàng)設(shè)、物理模型的建立及問題的分析與解決.而在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生往往會將從確定研究對象到建立模型這一重要的環(huán)節(jié)忽略掉，直接套用公式，從而造成解題錯誤.由此可見，在物理解題過程中一定要注重物理建模的重要性.

1 物理建模的定義

物理模型是典型的物理問題，是基礎(chǔ)知識的高度概括.物理學(xué)所研究的對象一般是物理現(xiàn)象或是物理過程，這些涉及得到諸多因素，因此都是極其復(fù)雜的.為了將復(fù)雜的研究問題簡單化，具體的物理問題理想化，我們可以將一些次要的、對研究問題無影響的因素從復(fù)雜的物理現(xiàn)象或物理過程中剔除掉，這樣抓住主要因素，建立起能體現(xiàn)客觀事物本質(zhì)特征的抽象的物理模型便稱為“物理建?！?

2 建模教學(xué)在物理教學(xué)中的作用

物理建模教學(xué)不同于傳統(tǒng)的物理教學(xué)，建模教學(xué)可以幫助學(xué)生能夠更好地理解物理現(xiàn)象與過程，并更好地解決物理問題，那么建模教學(xué)主要能發(fā)揮什么樣的作用呢，下面做一下簡單總結(jié)：

2.1 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“興趣是最好的老師.”利用建模教學(xué)可以大大的激發(fā)學(xué)生對物理知識的渴望，充分發(fā)揮其吸收知識主體作用，知識不斷得到積累，學(xué)生的自信心也不斷得到提升，激發(fā)學(xué)生強烈的物理學(xué)習(xí)興趣.

2.2 提高學(xué)生的創(chuàng)新意識

物理建模是對一個物理現(xiàn)象或過程進行重新還原的過程，學(xué)生可以從不同的角度及思維深度尋找解決的方法，通過綜合運用物理知識和方法解決實際問題，并獲得經(jīng)驗，發(fā)展創(chuàng)新意識.因此，這種開放性的思維探索過程非常有利于學(xué)生的創(chuàng)新意識的提高.

2.3 提升學(xué)生的團隊合作意識

在建模教學(xué)中，物理教師可以創(chuàng)設(shè)合適的物理情境，讓學(xué)生通過物理建模進行獨立思考，以及多種合作方式來解決難題，養(yǎng)成生生合作、師生互動、相互信任的交流習(xí)慣，從而獲得良好的情感體驗，提升學(xué)生的團隊合作意識.

3 建模教學(xué)在高中物理課堂中的有效應(yīng)用

建模教學(xué)在高中物理課堂上的有效開展，是一個值得我們物理教師深入探索與研究的問題.下面就結(jié)合筆者在物理課堂教學(xué)實踐中運用過的物理模型的創(chuàng)建，來探討物理建模教學(xué)的有效應(yīng)用.

3.1 建立客體模型

“客體模型”是指物理學(xué)中所研究的客觀存在的實際物體，是簡化與抽象建立起來的物理模型的過程.例如，在力學(xué)中研究物體的運動時，假如該物體本身的尺寸與問題中涉及的距離相比非常小，并且又不考慮物體的轉(zhuǎn)動等因素時，就可以忽略此物體的大小和形狀，而突出該物體的位置與質(zhì)量，并用一個有質(zhì)量的點來替代此物體，這就是“質(zhì)點”模型.另外，波爾的原子模型、理想氣體模型也屬“客體模型”.

舉例 一輛汽車以一定的速度v在水平公路上沿直線勻速行駛，突然發(fā)現(xiàn)正前方的路面塌陷，為了保證自身安全，司機采取急剎車與急轉(zhuǎn)彎措施，哪個更合理？（人的反應(yīng)時間忽略不計，并假設(shè)滑動摩擦力與最大靜摩擦力相等.）

略解 依據(jù)題目，可以得出挖掘出以下信息：同一輛汽車在同一水平路上行駛，初速度一樣.突然急剎車停止前，會向前運動一段距離，設(shè)s1，如果急轉(zhuǎn)彎，車也會向正前方運動一段距離，設(shè)s2，最終來求s1與s2的大小關(guān)系.

建立模型一 汽車以速度v行駛，突然采取急剎車措施，相當(dāng)于質(zhì)點在做勻減速運動，滑動摩擦力

f=ma（1）

2as1=v2（2）

由（1）、（2）可得s1=mv22f.

建立模型二 汽車以速度v行駛，采取急轉(zhuǎn)彎措施，相當(dāng)于質(zhì)點在做勻速圓周運動，由最大靜摩擦力提供向心力

fm=mv2R（3）

因此R=mv2f，即為s2的大小，可見s1

3.2 建立條件模型

“條件模型”就是將已知的物理條件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中起決定性的因素，重點突出主要的物理現(xiàn)象與過程，簡化了研究的問題，更有利于問題的探討與解決.在中學(xué)物理中經(jīng)常碰到的一些使物體恰好做圓周運動的問題，這時就可以利用到“條件模型”.

舉例 一個質(zhì)量為m的小球，要使它恰好能沿光滑豎直圓環(huán)作圓周運動，小球的“最高點”是圓環(huán)的頂峰，這點的最小速度v=gR.而如果小球是套在光滑的圓環(huán)軌道上，則到“最高點”的最小速度v=0.

3.3 建立過程模型

“過程模型”是指客體模型在理想條件下運動與變化的整個過程，這個過程是高度抽象的，是將物體復(fù)雜的運動與變化過程抽象為簡單的物理模型的方法.利用過程模型可以將各種影響因素的干擾完全避開，能更加準(zhǔn)確地了解事物的本質(zhì)和運動規(guī)律，將復(fù)雜的物理過程轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€我們熟知的簡單過程，從而便于解決.例如，忽略重力的帶電粒子在垂直于場強方向進入電場的偏轉(zhuǎn)是運用了“平拋運動”的模型.另外，忽略重力的帶電粒子在磁場中的運動是運用了“勻速圓周運動”的模型.

舉例 如圖1，將一塊寬度為a，厚度為h的規(guī)則鐵塊放在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場方向與鐵塊的上下表面相垂直，若向鐵塊通入方向為自左向右、強度為I的電流時，其前、后表面間會形成一個電勢差.已知鐵塊單位長度中自由電子的數(shù)目為n，求鐵塊的前表面與后表面哪一電勢高？電勢差為多少？

略解 由左手定則可知，金屬導(dǎo)體的后表面的電子聚集較多，故前表面電勢較高，自由電子在定向移動的過程中受電場力和洛倫茲力作用，于是可得

eE=evB（1）

E=Ua（2）

I=nev（3）

由（1）、（2）、（3）可解得 U=aBIne.

4 結(jié)論

物理模型是建立物理概念和掌握物理規(guī)律重要的基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力是高中物理教學(xué)過程中非常關(guān)鍵的一步.物理教師要通過不斷研究與學(xué)習(xí)、總結(jié)與實踐，促進學(xué)生建模能力的養(yǎng)成，使其更加細致深入的理解物理的本質(zhì)，使其分析與解決物理問題的能力不斷得到提高，并不斷增強他們對物理的學(xué)習(xí)興趣.但是，建模在物理解題中并不是萬能的，而是有一定適用條件的，在使用的過程中如果對形似而實不同問題不能做到有效理解，就很容易造成誤解.因此，我們在建模時應(yīng)及時對模型進行深入的分析、仔細的比較及耐心的修正，確保其符合客觀實際.只有這樣，建模教學(xué)才能在物理課堂學(xué)習(xí)中真正發(fā)揮其作用，并得以有效應(yīng)用，最終，提升高中物理課堂的教學(xué)效率.