培養(yǎng)建模能力 突破思維瓶頸

云南省普洱市第一中學 賈繼明

一、問題的提出

在高中物理教學中，經(jīng)常有學生向我反映：“上課聽得懂，但下來不會做題；很多來源于實際的問題看不懂，不知道說些什么，不知道要運用什么規(guī)律，但老師講了以后又覺得并不是很難。”問題出在什么地方呢？我們先來看一下解決物理問題的一般方法，可歸納為以下幾個環(huán)節(jié)。

圖1

其中最關(guān)鍵的、也是較困難的環(huán)節(jié)是由問題情景構(gòu)建出物理模型。不知道題目說些什么，無從下手，實際上就是這個環(huán)節(jié)出了問題。

科學的基本活動就是探索和制定模型。伽利略在他的理想實驗中構(gòu)建了光滑表面這一理想模型，為慣性定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。哥白尼的日心說；法拉第的磁感應線……各種各樣得到實踐驗證的模型的建立使得人類的認知不斷在深度和廣度上發(fā)展。

理想的物理模型，既是物理科學體系中光輝的典范，也是解決現(xiàn)實物理問題不可或缺的依據(jù)。物理模型是對基礎(chǔ)知識的高度概括，具有典型性、方法性和美學性等特征，它集基礎(chǔ)知識與基礎(chǔ)規(guī)律于一體，不僅僅是知識的結(jié)晶，還是思維的結(jié)晶，最能考查出一個學生對物理知識的理解深度和廣度，以及思維品質(zhì)和創(chuàng)新能力。物理教師在完成教學任務的過程中，一定要重視對學生建模意識的培養(yǎng),只有這樣，才能使學生在解決物理問題時能清晰地構(gòu)建出情景條件的物理模型，迅速找到解決問題的方法，從而達到培養(yǎng)學生靈活思變、創(chuàng)造性思維的能力。

二、物理模型知識綜述

所謂物理模型，就是對所研究的對象和過程摒棄無關(guān)因素，忽略次要因素后，所建立起來的能反映物理事物本質(zhì)特征的抽象模型。物理模型實際上就是由理想的對象參與的理想過程。這種物理模型一般由原始的物理模型構(gòu)成。原始的物理模型可分為如下兩類。

圖2

把實際的研究對象和過程通過抽象、理想化、簡化、類比等方法轉(zhuǎn)化成理想的物理模型，然后加以研究，這是物理學的基本方法之一，叫作物理建模。在教學活動中培養(yǎng)學生的建模意識實質(zhì)上是培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維能力，因為建?；顒颖旧砭褪且豁梽?chuàng)造性的思維活動，它可以培養(yǎng)學生的想象能力、直覺思維能力、猜測、轉(zhuǎn)換、構(gòu)造等能力，這些能力正是創(chuàng)造性思維所具有的最基本的特征。

三、物理模型與建模能力的培養(yǎng)

首先，要求教師必須認真研究教材，吃透教材，把握住各種物理模型建立的過程、條件和方法。以物理模型作為教學切入點，將最基礎(chǔ)、最典型的物理知識、物理問題介紹給學生，并通過建立物理模型，將研究方法也展示給學生，引導學生思考、感悟以至升華。

其次，面對一些較復雜和生疏的物理問題，要指導學生運用“類比、等效、簡化、組合”等方法將熟悉的物理模型遷移至新問題中，這對解決新問題可收到事半功倍的效果。

例：如圖3所示，長為L、質(zhì)量為M的小船停在靜水中，一個質(zhì)量為m的人立在船頭，若不計水的粘滯阻力，當人從船頭走到船尾的過程中，船和人對地面的位移各是多少？

析和解：這是典型的物理模型——“人船模型”，它的特征是船和人組成的系統(tǒng)水平方向不受外力作用，水平方向動量守恒，那么平均動量也守恒。設人和船對地的位移分別為S1和S2，整個過程所用時間為t,選人前進的方向為正方向，根據(jù)動量守恒定律有

人和船對地的位移跟它們的質(zhì)量成反比。這個結(jié)論不僅對“人船模型”適用，只要是一個原來處于靜止狀態(tài)的系統(tǒng)，在系統(tǒng)發(fā)生相對運動的過程中，某一方向的動量守恒，這個結(jié)論都適用。

再則，學生通過前兩個方面的不斷訓練，熟能生巧后，教師應不失時機的指導學生小試牛刀，去構(gòu)建一些全新的物理模型，逐步開拓其思路，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

例：（2008年全國理綜1-19）已知地球半徑約為6.4×106m，空氣的摩爾質(zhì)量約為29×10-3kg/mol，一個標準大氣壓約為1.0×105Pa。利用以上數(shù)據(jù)可估算出地球表面大氣在標準狀況下的體積為

A．4×1016m3B．4×1018m3

C．4×1020m3D．4×1022m3

分析：這道題與學生熟悉的物理問題有很大的不同，解題關(guān)鍵是構(gòu)建出合適的物理模型，然后用所掌握的物理規(guī)律求解。這是一道估算題，并不要求很精確，我們可以建立一個球體模型，認為大氣對地球表面的壓力等于大氣層的總重。這個模型一旦建立起來，問題也就迎刃而解。

要提高學生的建模意識，應讓學生明白，不僅要有扎實的物理基礎(chǔ)知識，而且還要擁有廣泛的物理生活知識，平時多關(guān)心、了解最新的科技動態(tài)，并通過聯(lián)想、理論聯(lián)系實際使自己所學的知識更扎實、更貼近實際，避免出現(xiàn)一問三不知的科盲現(xiàn)象和“指麥苗為韭菜”的書呆子現(xiàn)象，這也正是現(xiàn)代教育所期望的。