初中物理教學中要培養(yǎng)學生建模思想

崔傲

摘?要：當學生具備了分析物理文本中需要探討的物理問題、能夠結(jié)合科學的思想找到物理問題與因素之間的規(guī)律以后，教師要引導學生把物理問題的規(guī)律上升到定量、定性的基礎(chǔ)上，為學生打好基礎(chǔ).當學生能夠從定量、定性這兩個角度分析物理問題以后，教師要引導學生結(jié)合這一基礎(chǔ)套用物理公式.對于復雜的物理問題，學生可能要應(yīng)用分類探討的方式來探討公式.

關(guān)鍵詞：初中;物理;教學;培養(yǎng);學生;建模思想

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2020）17-0076-02

物理建模是一種高度抽象的思維，它要求學生必須應(yīng)用宏觀的思維看待問題，找出影響物理問題的可變量和不變量，通過分析可變量對物理問題的影響，分析物理問題的規(guī)律.

一、引導學生建立模型基礎(chǔ)部分教師會認為當學生分析出影響物理現(xiàn)象的規(guī)律以后，不是應(yīng)當直接引導學生建立物理問題的模型了嗎？在此以前，還需要學習哪物理理模型的基礎(chǔ)？物理教師要意識到，建模與應(yīng)用物理公式有較大的差異.當學生學會分析物理問題的因素與物理現(xiàn)象產(chǎn)生規(guī)律之間的關(guān)系以后，僅僅意味著學生可以應(yīng)用現(xiàn)有的物理公式來分析這種關(guān)系，物理公式是一種前人總結(jié)出來的模型，而并非解決問題需要的模型.為了讓學生能夠針對每個具體的問題來建立模型，教師要引導學生掌握定量和定性這兩個物理問題的分析基礎(chǔ).

以我引導學生思考題3為例：參看圖1，圖1的電路中有一個滑動變阻器，現(xiàn)測得其兩端電壓為9V，移動滑片后，測得其兩端電壓變化了6V，如果通過滑動變阻器的電流變化了1.5A，那么請分析以下的哪種描述是正確的？A.移動滑片前滑動變阻器接人電路的阻值是4Ω;B.移動滑片后滑動變阻器接人電路的阻值是4Ω;C.移動滑片后滑動變阻器兩端的電壓一定為3V;D.移動滑片后滑動變阻器兩端的電壓可能為15V.很多學生不能找到這一題的解題切入點.

我引導學生思考，該題探討的什么問題？學生表示該題探討的是移動滑片后給電路帶來了什么變化的問題.我讓學生思考，電路的變化與哪個公式有關(guān)？學生表示探討這一問題可應(yīng)用R=U/I這一公式.我引導學生再次思考，現(xiàn)在能讓這個電路產(chǎn)生變化的因素是什么？學生表示是電阻.因為在電阻不變的前提下電壓、電流都是固定的.而電阻發(fā)生變化以后，電壓和電流兩項參數(shù)都會發(fā)生變化.我引導學生思考，滑動變阻可讓R產(chǎn)生哪種變化呢？學生經(jīng)過思考，表示可以讓電阻產(chǎn)生變大或變小這兩種變化.我引導學生結(jié)合這一思路事例建立模型的方法.學生經(jīng)過思考，發(fā)現(xiàn)建立模型的方法就是：第一，找到需要探討的物理問題，在該次的學習中，探討的是電路的變化.第二，找到影響電路變化的因素，題3雖然看似好像電壓、電阻、電流都可能讓電路發(fā)生變化，然而電壓和電流的變化都與電阻有最直接的關(guān)系，所以影響電路變化的實際因素只有一個，就是電阻的變化.第三，找到電阻可能出現(xiàn)的變化，題3中可能出現(xiàn)的就是變大或變小這兩種變化.我引導學生了解，第一和第二，是將問題定量的探討，即學生要找到探討問題的核心和建立影響問題因素的數(shù)量關(guān)系.第三是將問題定性，即定量關(guān)系的變化會帶來物理問題性質(zhì)的變化，學生要結(jié)合性質(zhì)的變化來探討物理問題變化的規(guī)律.

教師要讓學生了解找到需要探討的物理問題及影響問題的因素，是定量的探討，定量探討的重點是學生找到需要探討的參數(shù)，通過觀察參數(shù)的變化找到影響物理問題的關(guān)鍵因素;在完成定量探討后，學生要鎖定關(guān)鍵因素的變化，結(jié)合變化的規(guī)律對物理問題定性.學生應(yīng)用了這樣的方法，就具備了基本的建模思路.

二、引導學生建立關(guān)系模型當學生具備了建模的基礎(chǔ)知識以后，教師可引導學生把物理模型應(yīng)用到基礎(chǔ)知識上，擬出物理公式，然后從物理問題探討的角度全面整合物理公式，建立物理模型.在這一環(huán)節(jié)，學生需要掌握的關(guān)鍵為如何整理公式建立模型.

以我引導學生以題3的建?；A(chǔ)，幫助整合模型為案例.當學生了解了影響電路關(guān)鍵的問題就是電阻器大小的問題后，學生擬出公式：向左移動滑片，電阻逐漸變小，代入已知條件可知，當電阻變小后，電壓會變小、電流會增大.結(jié)合已知條件可知：

R=UI=3V1.5A=2Ω（式1）

由（式1）可得：1.5A（6Ω+R0）=U（電源）（式2）;

并由（式1）可得：3A（1Ω+R0）=U（電源）（式3）;

當滑動變阻器變大時，電壓將大于加大，代入已知條件，獲得公式：

R=UI=9V1.5A=6Ω（式4）

由（式4）可得：3A（3Ω+R0）=U（電源）（式2）;

并由（式1）可得：1.5A（10Ω+R0）=U（電源）（式3）;

結(jié)合以上的公式，由（式2）、（式3）分析，得電路圖2;由（式4）、（式5）分析，得電路圖3.

整合各式，可得R0=4Ω，U（電源）=21V.分析答案，該電路的總電阻一定不是4Ω，并且移動滑片后，電壓可能為3V也可能為15V.結(jié)合以上的答案可知正確答案為D.通過這一次的學習，我引導學生理解如何整合公式，學生獲得如下的答案：第一，根據(jù)物理問題定性的結(jié)果，將問題分類.每個問題分類都可以應(yīng)用一個物理公式來描述因素對問題的影響，獲得與之相關(guān)的因素影響，獲得定量參數(shù)，是整合公式的第一步.第二，宏觀的分析每個分類，建立分類和分類之間的邏輯聯(lián)系，這個邏輯聯(lián)系就是定性的分析，將物理問題定性是建立模型的基礎(chǔ).第三，根據(jù)邏輯聯(lián)系，分析公式中可變因素和不變因素，以不變因素為聯(lián)接建立模型.比如在應(yīng)用R=UI來解決問題時，R可分為R0+Rx，此時可以通過R0這個不變因素來分析U0、I0，以此為基礎(chǔ)，再探討可變因素的變化，綜合分析其它因素的變化可能會對R造成的影響，這就是探討這個電路問題的模型.

當學生列出對物理因素影響的公式后，教師要引導學生從可變因素與不變因素兩個角度來整合因素.第一，教師要引導學生找出一個能夠完全描述出整個物理因素的公式，這個公式抽象的公式就是基礎(chǔ)模型;第二，教師要引導學生把不變因素和可變因素帶入到模型中，這就整合因素的關(guān)系;第三，教師要引導學生結(jié)合已知條件來替代不變因素，然后從可變因素的角度來精確模型，使模型建立的需求能符合這個問題探討的需求，這就是物理問題的最終模型.比如在這次的學習中，學生在探討出R0這一不變因素后，需要探討出U和I的可變范圍，當找出這一范圍時，便可確立物理模型.

初中物理教師的建模教學之所以存在低效化的問題，是與教師跳過了文本閱讀、科學思維、建模基礎(chǔ)這三個教學，直接要求學生學習建模知識的緣故.學生具有差異性，不是每一名學生都具備這樣的宏觀思維.教師在開展建模教學時，要依該次說明的步驟循序漸進的教學，使學生能夠掌握建模思維的每一項技能，最終具備建模的能力.

參考文獻：

[1]鄧卓.中學生物理思維模型建構(gòu)初步研究[D].長春：東北師范大學，2018：78.

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