強(qiáng)化建模教學(xué) 提升學(xué)生物理的學(xué)科素養(yǎng)

王美芳

(江蘇省啟東市呂四中學(xué) 226245)

物理建模對問題探究和解決有著非常重要的意義，這也是物理學(xué)科素養(yǎng)的重要組成，物理教師在教學(xué)中應(yīng)該重視建模教學(xué)，并以此為立足點(diǎn)來促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展，強(qiáng)化他們對物理知識(shí)的理解.

一、物理建模與學(xué)生的高中物理學(xué)習(xí)

在物理問題的研究，學(xué)生經(jīng)常需要對其進(jìn)行模型化處理，以便更好地使用物理規(guī)律和相關(guān)方法來對其進(jìn)行分析和研究，因此物理建模對學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理非常重要.

物理建模本身也是物理思維的體現(xiàn)，物理建模的每一步都閃爍著物理思維的光芒，透露著研究者的理性智慧.就高中物理學(xué)習(xí)而言，雖然學(xué)生所面對的知識(shí)面還比較狹隘，但是實(shí)際問題處理過程中，還需要學(xué)生能嫻熟地進(jìn)行建模操作，并采用相應(yīng)的方法來進(jìn)行處理，這種思路對學(xué)生的素質(zhì)發(fā)展有很大幫助.

物理建模還對學(xué)生的問題意識(shí)、發(fā)散思維和創(chuàng)新思維等方面素養(yǎng)的提升有著非常明顯的推動(dòng)作用.經(jīng)常結(jié)合具體問題進(jìn)行建模處理，學(xué)生的思維會(huì)變更加靈活，他們處理問題的效率也會(huì)更高.

二、高中物理模型建立的常見方法舉例

高中物理的建模操作有著多種多樣的方法，不同問題的處理研究者按照不同的方式進(jìn)行研究，甚至某些問題需要多元化的方法來處理，以綜合性的視角來建立模型.但是有一點(diǎn)是肯定的，那就是如果方法選的對，模型建立將事半功倍，如果方法選擇存在偏差，則費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至誤入歧途.因此，教師有必要在日常教學(xué)中，幫助學(xué)生總結(jié)模型建立的基本方法，讓他們在具體問題的解決過程中能夠做出正確的選擇.當(dāng)然，無論哪一種方法，都與模型自身的性質(zhì)相關(guān)，學(xué)生在選擇時(shí)還必須結(jié)合問題的實(shí)際情況來操作，下面，筆者就結(jié)合實(shí)例談?wù)劯咧形锢碇谐Ｒ姷慕７椒?

1.科學(xué)抽象法

任何一個(gè)實(shí)際性的問題都對應(yīng)著錯(cuò)綜復(fù)雜的背景，這也就讓這些問題的分析和處理多了不少冗余信息.對學(xué)生而言，面對這樣的問題，應(yīng)該有一種簡化的思想，即將一些次要的、不重要的因素忽略掉，提取出能夠反映物理現(xiàn)象本質(zhì)屬性的內(nèi)容展開分析和研究.

在學(xué)生剛剛開始學(xué)習(xí)高中物理時(shí)，他們最先遇到的問題就是對運(yùn)動(dòng)的描述，如何描述一個(gè)足球的運(yùn)動(dòng)，如何描述飛翔老鷹的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)等等，這些都是非常復(fù)雜的問題.在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生提煉出“質(zhì)點(diǎn)”的概念，就是采用了科學(xué)抽象法.運(yùn)用科學(xué)抽象法所提煉出的模型大多為理想模型，在生活中沒有真實(shí)的存在，所以這也是抽象思維最為直接的一種體現(xiàn).在高中物理研究中類似的情形還包括在天體運(yùn)動(dòng)問題的處理過程中，我們經(jīng)常將一些具有近圓性的橢圓軌道抽象為圓周運(yùn)動(dòng)的軌道，并運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)來實(shí)現(xiàn)問題的處理，這樣的操作可以讓問題的研究和分析更加高效.

2．類比法

類比法是一種非常重要思維方法，正如康德所言“當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時(shí)，類比往往能指引我們前進(jìn)”.在物理研究過程中，類比法有著非常顯著的地位，當(dāng)人們在處理一些物理現(xiàn)象時(shí)，將一些有著諸多相似特點(diǎn)的物理現(xiàn)象放在一起，并據(jù)此推測它們還有其他的相似點(diǎn)，這樣的操作就是類比法在物理研究中的運(yùn)用.

在高中物理的研究過程中，帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)是一個(gè)抽象而含糊的模型，如何引導(dǎo)學(xué)生對此形成更加深刻而形象的認(rèn)識(shí)呢？類比法就是一條很實(shí)用的思路，教師提出問題：帶電粒子如果以垂直與電場方向的速度進(jìn)入勻強(qiáng)電場中，它將發(fā)生什么運(yùn)動(dòng)？學(xué)生回答：曲線運(yùn)動(dòng).教師追問：對應(yīng)過程中，帶電粒子的加速度有何特點(diǎn)？學(xué)生回答：勻強(qiáng)電場提供的力屬于恒力，因此帶電粒子的加速度是恒定的，帶電粒子所做的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)勻加速曲線運(yùn)動(dòng).教師再問：這種運(yùn)動(dòng)類型和我們之前所接觸的哪一種運(yùn)動(dòng)很類似的呢？學(xué)生開始思考，他們從曲線的形狀聯(lián)想到拋物線，并由此將其與平拋運(yùn)動(dòng)聯(lián)系到一起.到此為止，學(xué)生就可以用平拋運(yùn)動(dòng)的模型來理解這個(gè)抽象的運(yùn)動(dòng)場景，很多平拋運(yùn)動(dòng)的處理思路和特殊結(jié)論都可以遷移過來，這有助于學(xué)生更加高效地完成問題的處理.

3．等效法

等效法就是我們常說的“等效替代”，很多物理問題會(huì)涉及到多個(gè)因素的影響，這時(shí)我們可以將同類物理因素整合起來，起到化零為整、簡化問題的效果，由此建立起的物理模型將更加簡單，也有助于學(xué)生更加清晰地把握住問題的本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)化繁為簡的目的.

在高中物理研究中，與建模相關(guān)的等效法運(yùn)用最直接的體現(xiàn)應(yīng)該是在受力分析的合力求解過程中.在力學(xué)問題研究中，如果一個(gè)物體受到多個(gè)力的作用，往往會(huì)給問題的解決帶來不便，怎樣實(shí)現(xiàn)問題的簡化呢？我們可以在受力分析的工作已經(jīng)完成的前提下，對物體的受力進(jìn)行合成，將多個(gè)力作用的復(fù)雜場景簡化為單個(gè)力作用的物理模型，這種多個(gè)力被單個(gè)力替代的操作就是“等效替代”，效果相同是這個(gè)替代過程的基本原則.此外，就受力分析來講，有時(shí)問題的簡化也不是單純的合成操作，還可能是借助坐標(biāo)系的正交分解，這樣的處理可以將原本在不同方向上的力歸集到兩個(gè)相互垂直的方向上，以此種方式來處理受多個(gè)力作用的問題非常普遍.

在高中物理的建模研究過程中，學(xué)生所遇到的方法還有很多，比如微元法、量綱分析法、假想法等等，這些都需要教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行體會(huì)和把握，從而讓相關(guān)方法更好地服務(wù)于學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)和問題解決.

三、區(qū)分物理建模和解題方法

很多教師在教學(xué)過程中將建模操作和物理解題方法混為一談，這顯然就弱化了物理建模的功能和價(jià)值.的確，模型的建立在很大程度上能夠促進(jìn)物理習(xí)題處理，而且由于當(dāng)前的高考命題又大多是以能力立意，因此很多問題在方法性非常講究也就很容易理解.

但是就物理教學(xué)而言，教師不能只有在習(xí)題處理的過程中才提及建模操作，我們應(yīng)該將建模操作和學(xué)生物理學(xué)習(xí)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐和探究中獲取建模的經(jīng)驗(yàn)，并領(lǐng)會(huì)其中的科學(xué)思想.

總之，物理建模不僅只是學(xué)生解決問題時(shí)的一種處理手段，更是帶著物理烙印的思維方法，它在學(xué)生后階段的發(fā)展和生活中還有著非常廣泛的應(yīng)用，教師要注意在課堂教學(xué)中加強(qiáng)引導(dǎo)，關(guān)注他們相關(guān)能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練.