论高中物理教学中建模思维的运用

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【摘 要】物理是一门涉及范围广，且复杂难懂的学科，因此在学习过程中建立物理模型是非常必要的，恰当的建立物理模型，帮助学生能够更加直观的掌握物理知识，将抽象变为具体，加深学生对物理知识的理解。

【关键词】高中物理；建模思维；运用

著名的教育家吉尔伯特（Gilbert）认为：科学本身是建模的过程，而学习科学是学习建模的过程。高中物理学习中，建立物理模型是一种常见的传授知识的方式，且主要是透过现象看本质，将生活中隐藏的物理知识通过具体的数字表述出来，以此来解决一些实际问题。建模思想对于物理学习起了很大的帮助，因此，在教学过程中，教师必须培养学生独立建模的意识，有效地提高物理学习效率。先通过建模思想在物理教学中的具体运用展开分析。

一、概念教学中 培养学生建模意识

物理中有许多抽象概念，比如质点、点电荷、电场、磁场、理想气体等，就是基本的物理模型。模型是对实际问题的抽象，每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围。学生在学习和应用模型解决问题时，要弄清模型的使用条件，要根据实际情况加以运用。

以质点为例：在一些情形下，我们可以忽略物体的形状和大小，把物体看成一个有质量的点，叫做质点；它是由实际物体抽象而成的一个理想模型，为一些问题的研究带来了方便；但不是任何情形下的物体都可以忽略其形状和大小。比如一列火车，能否看成质点，就要根据情况而定，在研究火车过桥所需时间时，火车的长度相对于桥长来说，一般不能忽略，所以不能看成质点；在研究火车从北京到上海所需的时间时，火车的长度远远小于北京到上海的距离，可忽略不记，因此火车就可以看成为质点。

在概念的教学中，就要培养学生建模的意识，帮助学生分析次要因素，然后抓住要表达的主要因素，进行分析，学习建立相应的物理模型。伽利略的理想斜面实验：假如没有摩擦：理想气体：分子势能不计等等都是如此。

二、实验建模 提高学生实践能力

在物理实验中建模，能够让学生通过具体的实验操作，了解物理知识。如自由落体运动，利用实验，让学生亲自将小球之类的物体从高处释放，在不同的高度，计量小球下落的时间，让学生更加直接的参与到实验当中，对物体的物理运动过程有了更为直观的了解，同时也明白物理实验应该怎么进行，进而学会自己进行物理实验，然后建模，这样能够加深学生对知识的理解。

现就高一物理《自由落体运动》通过实验建模的方式来加深学生理解：

首先在这个实验中，学生是实验的主体，教师对其起到引导作用。首先准备一角钱和一元钱的硬币各一枚，让学生让两个硬币从同一高度落地，观察是否能够同一时间落地，得出结论是一元钱先落地，学生通常有了初步的猜想；然后再让学生准备两张同样的纸，其中一张揉团，让纸片和纸团同一高度同时下落，观察结果为纸团先落地，学生可以得出相同重量的物体落地时间不同的结论。

然后教师再为学生演示牛顿管实验，通过演示羽毛和金属片在未抽气、抽气到一半、抽完气这三种空间内落地情形，结果是未抽气和抽一半气的玻璃管内金属片先落地，且未抽气的玻璃管内金属片落地较快。而抽完气的玻璃管内金属片和羽毛同时落地。这时教师可以引导学生得出：现实生活中物体下落的快慢因是受空气阻力的影响的，而在真空环境下，所有物体下落速度都是一样的。然后教师引导学生思考：“如果不考虑空气阻力的影响，那所有物体做的是什么运动？继而通过教师引导学生最终引出自由落体运动的概念模型：只受重力作用，由静止开始下落的运动叫自由落体运动。

最后教师通过带领学生做打点计时器实验，通过观察打点计时器将自由落体运动中所拍摄的频闪照片，让学生了解自由落体运动的运动轨迹，知道自由落体运动是加速直线运动，通过观测可得重物下落过程中加速度大小不变，做的是初速度为零的匀加速直线运动，空气阻力很小，可看成只有重力作用的自由落体运动。自由落体运动时的加速度叫重力加速度g=9.8m/s，其方向竖直向下。

因自由落体属于初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动，我们由匀变速直线运动公式可得自由落体的运动公式如下：

在物理教学过程中，教师可以指导学生多做实验，锻炼学生的物理建模能力，尽量的让每个学生都参与实验过程，将课本中的理论知识在实践操作中进行验证，同时也能对学生在学习过程中存在的问题，进行指导。因此，通过实验来建模，能够锻炼学生的实践操作能力，学生在碰到类似的习题时，不再只是靠死记硬背来解题。

三、设立情境 激发学生学习兴趣

将抽象难懂的物理知识，联系生活实际，建立情境模式，无疑能够使学生更好的掌握物理建模方法。因为很多物理知识都是来源于实际生活当中，比如电路问题、运动问题等等，因此在讲授这类知识时，可以引入现实生活的实例，然后结合物理知识讲解，通过这样的方法，激起学生对物理的兴趣。

比如在讲解曲线运动时，可以利用多媒体播放一段烟花燃放的情形，让学生观察有什么特点。将炸开的烟花想象为很多个小球，只受重力的作用，可以将其运动分解为沿V0方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，各球由于自由落体都将下落h=1/2gt2，但同时又在各自的V0方向上运动了x=V0t，即它们各自实际位置在同一球面上，球半径R=V0t，因此可以得到结论，任何时间下，在空间运动的烟花都处于一个球面上。通过使用多媒体创设情境，让学生能够了解得更为具体。

对学习感兴趣是最重要的，根据实际生活情况，创设情境来教授物理知识，应用建模理论，使学生熟悉建模方法，能够激发学生继续探索物理现象和物理知识的求知心理，有助于提升学生对物理的兴趣，同时也能将沉闷的物理知识转为生动具体的实际现象，既活跃了课堂气氛丰富教学内容，还能有效提高教学效率。

四、结合其他学科 提高学生建模能力

基于物理学科的特殊性，因此常常与数学知识相互联系，教师应在遇到相关的习题时，告诉学生可以运用数学思维来解题，在解题过程中运用数学模型和物理相结合，多维度的来看待问题。

例如习题：将合力F分解为F1和F2两个分力，若已知F的大小，F1和F2夹角θ，且θ为钝角，则当F1、F2大小相等时，求它们的大小；当F1有最大值时，F2又为多大？此类的分解力的习题，物理中有多种方法来解答，根据题目已知条件，F1和F2夹角θ为钝角已确定，因此F可以和F1和F2构成一个矢量三角形，合力F为外接圆的一条弦，如图所示，其所对的圆周角为π-θ.，当F1、F2大小相等时，对应的力矢量关系为等腰三角形，表示F1和F2的线段为腰，底角为θ2，故F1、F2大小相等为F1=F2=F2cosθ2。当表示F1的线段处于直径位置时，即表示相应的力有最大值，且三力关系矢量三角形呈直角三角形，这时F2大小为Fcot（π-θ）=-Fcotθ。这道题虽然是物理题目，但是解题思路使用的确实数学中“同弧所对的圆周角相等”的知识，因此，需要将两门学科互相结合。教师在教学过程中要指引学生进行多维度的思考，深度的学习课本中所教授的物理模型，提高答题速度。

五、总结

物理教学中合理的使用物理模型能够有效的帮助学生记忆物理知识，提高物理成绩。由于物理现象在实际生活中非常多见，教师在授课途中不应只局限于书本内容，多和实际生活相结合，多实验，培养学生的实际动手能力，指导学生在实践体验的过程中运动物理建模思维。因为高中物理的知识都有相关的物理模型，教师要教会学生透过现象看本质，通过建立正确的模型来解题，进一步的巩固知识，进而提升学生的综合学习能力和学习效率。

参考文献：

[1]唐德政.认识物理教学中模型意识[J].成才之路.2009.（14）.

[2]马永喜，许多青.如何在物理教学中渗透数学建模思想[J].物理教学探讨.2009.（5）