淺談高中物理建模教學(xué)

付 佳

(廣東省中山市桂山中學(xué) 528400)

物理模型是高中教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，其能夠幫助學(xué)生發(fā)展他們的邏輯思維.同時(shí)，物理模型能夠通過(guò)直觀簡(jiǎn)單的模型讓物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化的客觀規(guī)律變得更加清晰有條理，能夠幫助學(xué)生掌握問(wèn)題的主要因素，理解課本中的基本物理規(guī)律.因此，教師可以從模型著手，通過(guò)各種物理實(shí)驗(yàn)和模式創(chuàng)新，讓學(xué)生在遇到問(wèn)題時(shí)運(yùn)用建模思維思考問(wèn)題，培養(yǎng)他們靈活思變的能力，從而有效解決物理難題.

一、物理模型的概念及意義

物理模型主要是通過(guò)理想化模型將復(fù)雜的物理規(guī)律簡(jiǎn)單化，其內(nèi)容包括物理研究對(duì)象理想化、物理過(guò)程理想化、物理?xiàng)l件理想化.其不僅能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家追求真理的進(jìn)取精神和科學(xué)態(tài)度，還能激發(fā)學(xué)生對(duì)建模的興趣，構(gòu)建他們的物理建模創(chuàng)新思維.

二、高中物理教學(xué)過(guò)程中遇到的物理模型

1.過(guò)程理想化模型

過(guò)程模型主要是針對(duì)勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻速變速運(yùn)動(dòng)、和諧運(yùn)動(dòng)等物理規(guī)律建立的模型，其主要包括拋體運(yùn)動(dòng)模型和圓周運(yùn)動(dòng)模型.拋體運(yùn)動(dòng)模型主要是為了解決平拋、類平拋、豎直上下拋這類問(wèn)題，其需要運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律以及運(yùn)動(dòng)的分解合成等知識(shí)點(diǎn).例如，在研究帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于粒子所受的重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力，所以為了有效解決問(wèn)題，在解決問(wèn)題時(shí)重力作用可以省去，這樣就能實(shí)現(xiàn)過(guò)程理想化，提高解題的效率.而圓周運(yùn)動(dòng)模型則主要為豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)和天體運(yùn)動(dòng)等，其需要運(yùn)用幾何關(guān)系、臨界知識(shí)點(diǎn)來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題.

2.對(duì)象理想化模型

對(duì)象模型可以分為輕桿、輕繩、輕質(zhì)彈簧模型、理想變壓器模型以及質(zhì)點(diǎn)模型.第一類模型主要是進(jìn)行三者的異同點(diǎn)比較.第二類模型的理想化狀態(tài)就是變壓器沒(méi)有能量損失.第三類模型則是將研究問(wèn)題時(shí)忽略物體的大小和形狀對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，而且不僅小的物體能夠看成質(zhì)點(diǎn)，大的物體也能夠被看成質(zhì)點(diǎn).例如牛頓就是將開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)的太陽(yáng)系模型和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合，將宇宙萬(wàn)物看成質(zhì)點(diǎn)，從而探究出萬(wàn)有引力定律.

3.電磁學(xué)中的物理模型

電磁學(xué)中的物理模型包括混聯(lián)電路模型、復(fù)合場(chǎng)模型、電磁感應(yīng)模型以及變壓器模型.這些模型都是為了解決電壓、電流、電磁感應(yīng)等類似問(wèn)題建立的，其能夠有效解決電磁學(xué)和力學(xué)的綜合性問(wèn)題.

4.力學(xué)中物理模型

力學(xué)中的模型有傳送帶模型和斜面模型.學(xué)生可以通過(guò)這些模型的學(xué)習(xí)加深對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律、力的平衡以及力的摩擦等內(nèi)容的理解，解決相關(guān)問(wèn)題.

三、怎樣建立學(xué)生的建模思維

建模教學(xué)是物理教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)，隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的提出，教師應(yīng)當(dāng)不斷鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立自主的科學(xué)探究，鍛煉學(xué)生的“建?！蹦芰Γ瑥亩岣咚麄儶?dú)立思考、解決問(wèn)題的能力.因此高中物理教師應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面實(shí)施建模教學(xué).

1.利用建立模型將問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)，降低學(xué)生理解難度

在高中物理教學(xué)過(guò)程中，教師可以讓學(xué)生從題目的條件和涉及的物理規(guī)律出發(fā)，將需要解決的問(wèn)題建立成理想化的物理模型.例如在解決與力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律相關(guān)的問(wèn)題時(shí)，教師可以讓學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際建立抽象的質(zhì)點(diǎn)模型，這樣問(wèn)題不僅能夠得到有效解決，將模型、問(wèn)題與生活實(shí)際結(jié)合還能幫助學(xué)生加深對(duì)有關(guān)概念和物理規(guī)律的記憶，學(xué)生的思維也能得到很好地?cái)U(kuò)散，這有助于培養(yǎng)他們的思維靈活性和分析問(wèn)題的能力.

2.利用物理模型概括總結(jié)類型問(wèn)題，進(jìn)行比較學(xué)習(xí)

在高中物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)遇到很多相類似的問(wèn)題，有效將這些問(wèn)題進(jìn)行比較學(xué)習(xí)能夠提高學(xué)生解題的效率，提高他們舉一反三思考問(wèn)題的能力.例如，在學(xué)習(xí)“類平拋運(yùn)動(dòng)”時(shí)，教師可以讓學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)電子的初始狀態(tài)和受力特點(diǎn)與帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)后的情況進(jìn)行比較分析，讓學(xué)生通過(guò)他們之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)掌握此類問(wèn)題的解決規(guī)律.而且理想化模型的建立就是為了抓住問(wèn)題的本質(zhì)，進(jìn)而解決問(wèn)題.所以教師要教會(huì)學(xué)生在分析物理問(wèn)題建模時(shí)，抓住問(wèn)題的主要矛盾，舍去次要矛盾，這樣問(wèn)題才能得到根本的解決，學(xué)生的物理綜合素質(zhì)才能得到提高.

3.加強(qiáng)物理信息題的訓(xùn)練，讓學(xué)生運(yùn)用建模思維解決問(wèn)題

信息題的訓(xùn)練能夠幫助學(xué)生建立建模思維.信息題的解決首先要獲取有效信息，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生要找到主要信息和有用的信息，然后將這些信息與學(xué)習(xí)的物理規(guī)律進(jìn)行合理結(jié)合.接著學(xué)生要整理這些信息，將信息中的背景以及生活內(nèi)容剔除，并將其轉(zhuǎn)化為物理過(guò)程，這也是解決問(wèn)題的關(guān)鍵一步.在整理信息之后，學(xué)生就可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行建模，此時(shí)學(xué)生要利用已有的信息和物理?xiàng)l件并結(jié)合自身學(xué)習(xí)情況建立符合自己的物理模型，完成后學(xué)生就可以列出相關(guān)方程解出答案.

總而言之，物理模型的建立不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程，其包含很多嚴(yán)密的思維方法的運(yùn)用以及與各種物理規(guī)律的有效結(jié)合.建模能夠幫助學(xué)生加深對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)以及物理規(guī)律的理解和記憶，能夠在一定程度上發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的解題能力.所以在分析問(wèn)題時(shí)，教師要循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行正確的思考，讓學(xué)生根據(jù)問(wèn)題提供的條件建立合理的物理模型，讓學(xué)生能夠有效解決復(fù)雜的物理問(wèn)題.

參考文獻(xiàn)：

[1]許海超.提高高中物理教學(xué)有效性的研究[J].南北橋，2017(4).

[2]凡純.高中物理教學(xué)中學(xué)生抽象思維能力培養(yǎng)探略[J].文理導(dǎo)航·教育研究與實(shí)踐，2016(4).

[3]袁培耀.用比較法學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)“電場(chǎng)”知識(shí)[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)(高一二版)，2015(10).