高中物理建模思想的滲透與實踐研究

王美芳

物理研究就是對復雜的物理現(xiàn)象或物理問題進行簡化與近似，抽象為我們熟悉的模型來研究.例如，質點模型就是對“物體”的一種抽象，自由落體運動就是對運動過程中受力的一種近似，等等.建模的意識需要我們在平時的教學中就逐步去滲透，那么如何滲透呢？本文就該話題談幾點筆者的思考.

一、拓寬教學視野，建構生產與模型的聯(lián)系

新課程體系下的物理課程資源有著非常廣泛的內涵與外延，它不僅包括學校內部可供使用的資源，還包括學校外部，比如家庭、社會所能提供的一切資源.因此，物理教師開發(fā)課程資源不能局限于學校內部，還應該關注學校以外的資源利用.比如學校內部的圖書館、運動場固然可以成為我們引導學生探索物理知識的重要場所，但是學校外部的科技館和博物館更應該被充分地利用起來.學校以外的課程資源還有多樣化的存在形式，比如內容各異、豐富多彩的各類科學講座和科技制作比賽等活動的開展；電視上的一些科普節(jié)目、最新的科技進展報道.這些可以成為學生物理學習的重要資源.當然，課程資源的開發(fā)也離不開學生的主動參與，比如在指導學生學習“遠距離輸電”時，帶著學生參觀本地區(qū)的電力調動部門，請專業(yè)人員為學生講解高壓輸電的基本原理，幫助學生實現(xiàn)從實地考察到教材中遠距離輸電模型的認識；在指導學生學習“能量守恒定律”時，安排學生調研本地區(qū)的能源使用結構，從而引導學生探索能源開發(fā)和污染防治之間的關聯(lián).這樣的課程資源將更加富有生命力，學生也將由此而體會到物理研究、建模的價值和意義.

二、增強生活實踐與體驗，切身感受物理規(guī)律

生活即教育！我們生活中有很多現(xiàn)象和物理規(guī)律息息相關，只要我們稍加抽象就可以與物理規(guī)律相聯(lián)系，有些甚至是可以促進學生體驗與感受的.

比如“超重與失重”的學習，如果我們僅止于在課堂上與學生展開理論分析和研究，則會由于理論性太強而導致學生失去學習的熱情.為了促進學生的主動分析、有效體驗和深度感悟，教師可以選用生活中的電梯作為探究活動的基本素材.教師將研究任務布置給學生，讓他們將便攜式體重計搬到電梯中，然后人體站到體重計上，按下上升的電梯按鍵，要求他們觀察和比較電梯在上升過程中的體重計示數(shù)變化，同時要求學生深刻體會自己的感覺.在研究過電梯上升過程中示數(shù)的變化之后，再要求學生按照同樣的思路研究電梯的下降過程.最后要求學生總結：哪些過程中出現(xiàn)了超重現(xiàn)象？哪些過程中出現(xiàn)了失重現(xiàn)象？失重與超重的本質是人體重力發(fā)生變化嗎？失重和超重的發(fā)生條件是什么？這些問題將引導學生系統(tǒng)化地展開探究，并最終對超重與失重現(xiàn)象產生較為完整的認識.

三、抓住典型例題，在解決物理問題中建模

最終學生對物理模型的掌握情況如何，還要能夠經得起考試的檢驗.筆者認為，我們在教學中要抓住典型例題，引導學生在物理問題解決的過程中完成對常見物理模型的處理.

例題 如圖1所示粗糙的水平面上，一個長木板靜止放置，現(xiàn)于木板的左側擺放一個小物塊，且在木板的右方有一個墻壁，木板右端到墻壁的距離等于4.5m.從t=0時刻開始，木板和小物塊二者一起采用相同的速度向右方前進，并在t=1s時木板與墻壁發(fā)生碰撞（并且碰撞的時間非常短）.碰撞的結果是讓木板的速度反向，但是速度的大小沒有變化.已知整個過程中物塊始終沒有脫離木板，如圖2所示的圖線是碰撞之后小物塊的運動情形，且木板的質量等于小物塊質量的15倍，取重力加速度為10m/s2.試求：

（1）地面與木板之間的動摩擦因數(shù)μ1以及木板和小物塊之間的動摩擦因數(shù)μ2；

（2）為確保小物塊始終位于木板上，則木板的最小長度；

（3）最終狀態(tài)下木板右端到墻壁的距離.

上述問題屬于典型的板塊模型，其主要特點就是通過圖象來提供相應的問題參數(shù)，且都屬于多過程問題，此類問題的解決要求學生在分析中明確過程特點，并展開系統(tǒng)化研究，要站在全局的高度來把握問題.