高中物理建模能力的培養(yǎng)

劉 娥

(山東省文登第一中學(xué) 264400)

高中物理是高中教育中難度較大的課程之一，復(fù)雜的公式，抽象的概念讓眾多學(xué)生頭疼不已，也給教育者提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).簡(jiǎn)單的說(shuō)教式教育很難將復(fù)雜的問(wèn)題講解清楚，學(xué)生往往難以理解，不能達(dá)到學(xué)以致用的效果，而物理模型的構(gòu)建則可以彌補(bǔ)這一不足.通過(guò)將復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)楹侠淼奈锢砝硐肭榫?，從而將?shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化成具有規(guī)律性的物理問(wèn)題加以解決.物理模型的構(gòu)建不僅有利于學(xué)生接受復(fù)雜的課程內(nèi)容，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生解決世界問(wèn)題的能力，做到學(xué)以致用.

一、高中物理中常見的物理模型

根據(jù)高中物理的教學(xué)內(nèi)容，常用的物理模型主要由以下幾種：

1.對(duì)象模型：指用來(lái)代替實(shí)物的理想化物理模型.由于實(shí)際情況具有復(fù)雜性，因此在應(yīng)用物理知識(shí)探究實(shí)際問(wèn)題時(shí)常常利用對(duì)象模型將其轉(zhuǎn)化為理想狀態(tài)或可忽略次要條件的抽象模型，諸如理想氣體、質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、彈簧振子、單擺等.

2.條件模型：這種物理模型是通過(guò)將研究對(duì)象的主要條件理想化而形成的.通常利用該種模型忽略研究對(duì)象的部分條件來(lái)使問(wèn)題簡(jiǎn)單化.常見的條件模型有：表面光滑、桿或繩的質(zhì)量忽略不計(jì)、勻強(qiáng)電場(chǎng)磁場(chǎng)等.

3.過(guò)程模型：用于研究物體的變化過(guò)程所構(gòu)建的物理模型.將現(xiàn)實(shí)物體狀態(tài)的變化過(guò)程簡(jiǎn)化為理想的物理情況，例如，研究質(zhì)點(diǎn)的勻速、勻變速直線運(yùn)動(dòng)，自由落體運(yùn)動(dòng)；研究理想氣體的等溫、等體、等壓變化等.

4.理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停簩?shí)際實(shí)驗(yàn)往往受現(xiàn)實(shí)條件限制，理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途褪菍?shí)際限制條件理想化而構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，常見的有假定無(wú)摩擦阻力、真空條件等.

二、構(gòu)建物理模型的重要性

物理模型在物理教學(xué)中扮演者至關(guān)重要的角色，首先，物理模型的建立可以簡(jiǎn)化問(wèn)題，并利用簡(jiǎn)單的形象展示出問(wèn)題的本質(zhì).中學(xué)物理中有許多抽象的物理問(wèn)題，學(xué)生往往難以理解和想象，只通過(guò)字面和口述接收的信息讓學(xué)生感覺像是在聽“天書”，這對(duì)于教學(xué)的進(jìn)展十分不利，同時(shí)也打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生對(duì)物理課程產(chǎn)生抵觸情緒.而物理模型的構(gòu)建使學(xué)生可以更直觀的了解問(wèn)題根源，理解物理原理，有助于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)和接受，也有利于教學(xué)活動(dòng)的開展.

其次，構(gòu)建物理模型可以培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題的思維方式，在遇到問(wèn)題時(shí)不是簡(jiǎn)單的憑空想象，根據(jù)自己不足的經(jīng)驗(yàn)推斷問(wèn)題結(jié)果，而是學(xué)會(huì)簡(jiǎn)化問(wèn)題，過(guò)濾到次要條件，在可以接受的范圍內(nèi)，將實(shí)際問(wèn)題精煉成簡(jiǎn)單的理想情景，從而得到與實(shí)際情況類似的科學(xué)結(jié)果.有利于提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，一方面在現(xiàn)實(shí)生活中可以利用學(xué)到的物理知識(shí)解釋事物的原因，解決遇到的問(wèn)題，另一方面，將構(gòu)建簡(jiǎn)單模型的思維應(yīng)用于生活學(xué)習(xí)當(dāng)中，做到學(xué)以致用.

三、如何培養(yǎng)學(xué)生的建模能力

要培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的能力，首先要培養(yǎng)學(xué)生的經(jīng)典物理的思維方式.在高中物理課程的教學(xué)過(guò)程中，要將課程內(nèi)容與實(shí)際生活相結(jié)合，使物理知識(shí)的學(xué)習(xí)深入學(xué)生的日常生活當(dāng)中，學(xué)生在日常生活中遇到相似的情況便會(huì)自然而然的聯(lián)系到高中物理的課程內(nèi)容，不僅可以鞏固學(xué)習(xí)的知識(shí)，同時(shí)，課本內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活的結(jié)合更有利于引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生學(xué)以致用.借助生活中的物理現(xiàn)象，學(xué)生會(huì)很快形成物理思維方式，嘗試用物理解釋實(shí)際現(xiàn)象，而進(jìn)一步，解釋的方法便是物理模型的構(gòu)建.

為了讓學(xué)生可以靈活地構(gòu)建物理模型，必須要讓學(xué)生先掌握高中物理中常見的物理模型.這就要求教育者在日常的課堂教學(xué)上突出模型的構(gòu)建，而不僅是將物理模型作為教學(xué)的方法.首先，可以將課程中的問(wèn)題根據(jù)所用的物理模型種類不同歸類，培養(yǎng)學(xué)生將物理問(wèn)題根據(jù)建模需求分類，然后再?gòu)臍w屬類別中尋找合適的模型.此外，還需要對(duì)學(xué)生的建模能力進(jìn)行鍛煉，通過(guò)提出問(wèn)題，讓學(xué)生快速找到分類并構(gòu)建出合理的物理模型，不需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步解算，而是讓學(xué)生解釋模型的選擇和構(gòu)建的原因和原理.以這種方式對(duì)學(xué)生的建模能力進(jìn)行專項(xiàng)培養(yǎng)，不僅可以提高學(xué)生對(duì)物理模型的了解和掌握，還可以鞏固理論知識(shí)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)內(nèi)容.

在培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型能力的過(guò)程中，需要同時(shí)注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng).傳統(tǒng)的物理模型是多年來(lái)經(jīng)典物理中延續(xù)下來(lái)的，雖然精煉科學(xué)，但缺乏時(shí)代感.在對(duì)學(xué)生進(jìn)行建模能力培養(yǎng)時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，啟發(fā)學(xué)生構(gòu)建新的物理模型并講解自己如此構(gòu)建的理由，可以在課堂組織討論，由學(xué)生和老師點(diǎn)評(píng)創(chuàng)新模型的優(yōu)缺點(diǎn).學(xué)生所構(gòu)建的模型雖然不一定比傳統(tǒng)模型好，但可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，師生之間相互討論也可以達(dá)到互相啟發(fā)的效果，從而對(duì)自己的模型進(jìn)一步完善，構(gòu)建出更貼合實(shí)際或更簡(jiǎn)潔易行的物理模型.不僅有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的形成，還可以活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性.

高中物理教學(xué)一直以來(lái)都是中學(xué)教育的難點(diǎn)，學(xué)生對(duì)復(fù)雜的物理問(wèn)題往往難以接受，物理模型的構(gòu)建可以幫助學(xué)生理解和解決物理問(wèn)題，同時(shí)可以指導(dǎo)學(xué)生利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題.物理建模不能僅僅作為高中物理的教學(xué)方法，而是應(yīng)該作為一種研究思維傳授給學(xué)生.在對(duì)學(xué)生的建模能力培養(yǎng)的同時(shí)，也會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)以致用的能力，使高中物理課程更具教育意義.