中学生物理建模能力培养初探

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1、中学生物理建模能力培养初探　　【摘要】物理建模能力是解决物理问题的基本能力之一。本文从建构实物模型、过程模型和问题模型三个方面论述了物理建模能力的培养。　　【关键词】物理模型；物理建模　　随着新一轮课程改革的不断深入，新教材的建设也取得了初步的成效。在新教材中，基础知识和基本规律没有减少，但增加了许多联系生产生活和高科技的内容，一改旧教材高度抽象和理想化的情景与问题，使物理知识更贴近实际。如何在这种新的形势下让学生有效地掌握更丰富的知识呢？物理建模教学不失为一种有效的方法。而这一切又离不开物理建模

2、能力的培养。我们知道物理学的研究对象遍及整个物理世界，大至天体，小至基本粒子，面对复杂具体的物体，研究它的形形色色的运动，是中学物理教学的重要内容之一。如何帮助学生理解各种形形色色的运动，建立起物理模型，并能运用到解决实际问题中去，是中学物理教学重点，也是难点。抓住物理建模教学，可将最典型最基础的物理知识和物理问题介绍给学生，同时也将研究方法展示给学生，引导其思考、感悟以至升华。　　1.物理模型　　物理模型，即典型的物理问题，是基础知识的高度概括，它来源与实践，又反作用与实践，其功能可概括如下：　

3、　1.1物理模型的特点6　　典型性是物理模型的首要特点。物理模型是从一类物理问题中抓住主要的本质问题，删除次要和干扰因素，集基础知识与基本技能于一体，具有代表性的结晶。方法性是物理模型的第二个特点。物理模型，除了加深对物理概念的理解之外，还可以从物理模型的建立，理解物理知识深刻的内涵和外延，体会将物理知识应用于解决实际问题的思路和逻辑方法。美学性是物理模型的第三个特点。物理模型能简明扼要的提示物理问题，体现了它的形式美，同时物理模型是知识与思维的产物，是知识与能力的完美结合，体现了它的和谐美。　　

4、1.2物理模型的分类　　物理模型一般可以分为三类：　　实物模型。这种模型在教材中较多见，一般用于建立某个物理概念，对理解概念起着不可估量的作用。如质点，理想气体，点光源，电场线，理想变压器，点电荷等。　　过程模型。这种模型一般用于分析物理事件的发生过程，建立物理图景。如自由落体运动，平抛运动，匀速圆周运动等。　　问题模型。这类模型以问题为核心，形成了解决问题的一般方法，可使问题化繁为简，化难为易，如“子弹打木块模型”，“人船模型”等。　　2.物理建模能力培养　　2.1创设现实情境，建构实物模型　　

5、情境是建构的第一要素，在建模教学中，现实情境对学生而言最有意义，因而最有利于学生进行意义建构，为此，教师应积极的为学生创设现实的情境，进而引导学生从中抽象，最终建立物理模型。6　　例如浮在水面上的轮船，浮在海面上的冰山，这两个原始的问题在学生头脑在中的直接表象分别如图1中A、B所示，这只是两个现实情景，还不是需要形成的物理图景，教师可引导学生分析二者的共同特点：均浮在水面，受重力和浮力。经过抽象和概括，再与原有表象进行变换和改造后，将在学生头脑中形成一个共同的本质的物理模型（图C所示）。　　在抽象

6、的过程中，也可鼓励学生展开想象。例如图通过引导学生夸张想象，使的一个本来比较复杂的问题简单化。　　2.2巧设问题情境，建构过程模型　　物理中的实际问题往往参与了众多客体，影响因素复杂，故解决问题首先要对课题进行简化，抓住其主要特征，舍弃其次要因素，即建立物理模型。　　心理学研究表明，高中生乐于提出问题，并试图解决问题，喜欢讨论问题的发生及解释、论证事物发展的因果关系。因此创设问题情境，能激发学生主动探索的欲望，通过问题的讨论来分析各个对象之间的相互联系，找出关键的客体，从而确立正确的研究对象。　　

7、例如图2，劲度系数为k的弹簧一端固定于墙壁，另一端连着质量为M的物体，物体静止在光滑水平面的O点上，现有一质量为m的子弹以水平速度v0射进并留在其中，试问最少需要多少时间物体再到达O点？物体的最大位移是多少？　　此题物体比较多，有墙壁、弹簧、物体、子弹，应以什么　　物体为研究对象呢？可以通过以下的设问来启迪学生思维：　　（1）子弹进入物体的过程做什么运动？能否把子弹看成质点？为什么？6　　（2）从子弹开始进入物体到停留在物体中这一过程时间如何？在此过程中，弹簧的形变怎样？　　（3）这一过程可以取什

8、么为研究对象？建立怎样的物理模型？为什么？　　（4）以后应取什么为研究对象？此对象做什么运动？可以建立怎样的物理模型？为什么？　　通过问题的思考，使学生领悟到子弹进入物体的过程转动可以忽略，认为子弹进入物体的过程是平动，建立质点系统模型。　　子弹从开始进入物体到停留在物体中这一过程时间极短，，弹簧形变微小可以忽略，在此过程中，可取子弹和物体构成的系统为研究对象，沿水平方向系统所受合外力为零，系统的变化为完全非弹性碰撞，从而可建立完全非弹性碰撞过程模型。系统动量守恒，故有：（M+m）