浅谈高中物理建模教学

浅谈高中物理建模教学

曾升红

（湖北省鄂南高级中学 湖北 咸宁 437100）

摘 要： 高中物理是一门注重实践研究、以科学实验为基础的课程，它研究的是物质运动最本质的规律，是其它科学的基础，所研究的物理现象在生活中是非常常见的，其发生的过程也是非常复杂的，涉及到的因素也有很多，对于学生来说，理解起来就比较困难。而建立物理模型是在物理教学以科学实验为重要手段的指导思想下提出的，可以使物质运动发生的复杂过程简单化，使学生更容易理解，更能增强教学的趣味性和互动性，对提高学生的综合素质有很重要的意义。

关键词：物理教学 物理模型

1、引言——什么是物理模型、物理模型的特点

1.1物理建模的定义

由于物理学是一门很贴近实际生活的科学，所研究的对象极为广泛、及其复杂，而且所研究的对象并不是一个孤立存在的，而是存在许多的外部环境的影响，为了方便物理的研究，很多时候都需要去除这些外部因素，从中抽出研究对象的简化模型，这样才能更加充分的抓住问题的关键，这就是物理建模

1.2物理模型的特点

物理模型有三个特点，即代表性、方法性和美学性。代表性是指物理模型是从许多的物理对象中经过有针对性的删减外部因素后保留下来的，他抓住了研究对象的本质，因此每个物理模型都具有非常典型的代表性；方法性是每个物理模型的确立都不是凭空现象就可以的出来，而是有众多的物理研究人员经过反复思考才最终得出来的，物理模型反映了物理科学的研究方法；美学性是指我们现在基础到的物理模型都是非常简单但又准确的反省了研究对象的本质状态的，通过物理模型能够简明扼要地揭示物理规律，体现了物理科学的形式美。

2、物理建模教学的重要意义

物理建模教学不同于传统的物理教学模式，其是在教师的引导下，学生根据自身所掌握的物理知识和方法，自己亲自动脑设计、动手操作，通过建立物理模型来解决实际问题。在这个过程中，可以锻炼学生自主建立物理模型的能力，并在此基础上培养学生的逻辑思维能力，这对培养学生的综合素质有着非常重要的意义。

2.1 通过建模教学，在学习和掌握物理知识的基础上，培养学生的创新能力

建立物理模型是物理教学中的重要手段，使学生在建立物理模型的过程中可以更好的掌握物理知识，这对学生学习物理知识有着重要的作用。在建模教学中，学生可以根据自己所掌握的物理知识来提出问题，并在教师的指导下，通过建立物理模型来解决问题，在这个过程中，既让学生学习到了物理理论知识，同时又培养了学生的创新能力，使学生的思维更加活跃。

2.2 通过建模教学，可以提高学生在学生过程中的积极性和主动性

在建模教学中，教师一般都处于指导位置，而学生则是课堂的主体，通过建立物理模型给学生提供了非常广泛的发挥空间，提高了学生学习物理知识、参与物理实验的积极性和主动性，培养了学生独立思考和团队合作的能力。

2.3 通过建模教学，有利于增强学生探索事物本质规律的兴趣

每一个物理模型的建立都不是一次性完成的，都必须要经过反复的设计和实验，在这个过程中，学生通过互相交流和合作，共同解决和克服物理研究中的问题和困难，充分体验到了物理实验研究的乐趣，增强学生探索事物本质规律的兴趣，使学生学会运用科学的、抽象的思维方式来处理实际问题。

3、在物理教学中，如何有效开展物理建模教学，提高学生的建模能力

在物理教学中，要想有效开展物理建模教学，提高学生的建模能力，必须对高中物理模型的分类和建立物理模型的方法有所了了解才能很好的开展物理建模教学

3.1、高中物理模型的分类

物理模型的要点是近似处理,并通过事实检验或实验验证,使模型与事实基本吻合.如物理学中的质点、点电荷、点光源等理想模型,其要点是对象的形状与体积对研究问题没有影响或影响不大.自由落体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动等过程模型,其要点是忽略物体在实际运动过程中的次要因素.接触面光滑、绝热等条件模型,其要点是排除物体所处外部条件的次要影响.

⑴.对象模型即用来代替对象实体的理想化模型,例如,质点、弹簧振子、单摆、理想气

体、点光源、薄透镜、点电荷、理想变压器等.

⑵.条件模型即把研究对象所处的外部条件理想化建立的模型,如光滑表面、轻杆、轻绳、均匀介质、匀强电场、匀强磁场等.

⑶.过程模型如自由落体运动、简谐振动、弹性碰撞、绝热过程、稳恒电流等等,这些都是将物理过程理想化了的物理模型.

⑷.理想实验模型如伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽,后者坡度越小,小球滚得越远的实验基础上,提出了他的理想实验.

⑸.问题模型以问题为核心,形成一种解决问题的一般方法,使处理问题的思路清楚,可化繁为简,化难为易.如子弹打木块、弹性小球相碰等.

3.2建立物理模型的方法

高中物理模型实际的建模方法多种多样.模型的构建,需采用对应的方法;甚至一个模型的构建,需要采用多种方法,方法选择正确,将收到事半功倍的效果.实际物理建模时,使用什么样的建模方法,应根据物理原型本身的性质和建模的具体需要来决定物理模型的构建,常用方法如下.

量纲分析法：在物理模型构建时,可以利用量纲分析法来找到相关物理量间的相互关系,从而构建出相应的物理模型,如单摆周期模型.

科学抽象法：抽象是指从具体事物中提炼出某个或某些方面、某些属性等.如隔离法确定研究对象、天体做匀速圆周运动、理想弹簧模型.

理想化法：是对研究对象或物理过程加以简化,抓住主要因素,忽略次要因素,找出它们在理想状况下所遵循的基本规律,并构建出相应的物理模型.如刚体、轻杆、平动运动、理想气体模型、伽利略斜面实验等.

类比法：许多物理现象彼此之间存在着许多相同或相似的物理属性,人们由此推测它们之间也存在着一些另外的共性.如光与声具有反射、折射等属性,惠更斯据此提出了光的波动模型;微观粒子与光一样具有粒子性,德布罗意建立了物质波模型;卢瑟福根据原子结构与太阳系类似,建立起了原子的行星结构模型.

等效替代法：当所研究的物理问题比较隐蔽、复杂、难于直接研究时,可以用等效替代法建立起相应的比较简单、易于研究的等效物理模型,可分为过程等效替换(带电粒子在匀强电场中的类平抛运动)、作用等效替换(运动的合成与分解)、等效结构(弹簧振子和LC振荡电路)等等.

微元法：在构建物理模型时,将研究对象或物理过程视作由许多微小体或元过程组成,而所研究的对象或物理过程整体所遵循的物理规律,可通过积分来得到,如匀变速运动的位移公式.

假想法：当所研究的物理现象不能直接观察,或现有的物质、实验条件还不能进行真实模拟时,人们可根据已知的物理原理、物理规律对所研究的物理现象提出一种假定性的推测和说明,从而建立起相应的物理模型,如牛顿第一定律、机械能守恒定律等.

3.3如何有效开展物理建模教学

在高中的物理课堂上，如何开展物理建模教学，是一个亟待解决的问题。建模教学开

展的好坏程度，是会影响到学生对物理知识的学习和对物理知识的实际运用的，如何开展物理建模教学提高学生的建模能力。

3.3.1 充分发挥科学实验在物理建模教学中的作用

物理是一门非常注重科学实验的学科，许多研究结果都是通过大量实验而得来的，实验过程中的实物操作，要求学生对物理模型有着非常透彻的了解，因此，科学实验对物理建模教学有着重要的作用，通过实验，可以使学生在实践操作中亲自体验模型的建立过程和组成结构，增加学生对物理模型的理解和对物理知识的运用。

3.3.2 运用综合知识来进行物理建模教学

物理在实际生活中涉及到的范围非常广泛，建立物理模型的过程是非常复杂的，只用一种学科知识来进行教学是非常困难的，因此，在建模教学中，教师需要在物理知识的基础上，配合其它学科的知识来进行教学，使学生在学习和掌握物理知识的同时，还可以获取更深更广的新知识，在之后的教学过程中，遇到类似的知识的时候，可以自主的建立相似的物理模型。

3.3.3 抽象思维能力在物理建模教学中的使用

物理模型是从物理研究对象中抽象出来的，这就需要学生充分发挥抽象思维能力，抓住研究问题的主要因素，忽略其次要因素。在教学过程中，教师应该加强对学生抽象思维能力的培养，并充分的运用到建立物理模型的过程当中去，从而明确的分析出研究问题的主次因素，使学生更好的完成研究实验，解决物理问题。

3.3.4 把物理建模教学和现实生活结合在一起

物理知识来源于生活，许多如电路、测量、运动等常见的问题都需要运用物理知识来解决，把物理教学和实际生活相结合，可以有效的利用学生生活中常见的事例来做背景，建立相应的物理模型，使学生更透彻的掌握相关的建模方法和物理知识，不仅可以活跃课堂气氛，增加学生学习物理的兴趣，还可以帮助学生树立正确的、科学的世界观，并把课堂所学习到的知识运用到实际生活当中去。

4 结语

综上所述，建立正确合理的物理模型，可以更加透彻的了解和掌握事物的本质，因此，物理建模能力的高低对学生物理学习成绩的好坏有着重要的作用，在高中物理教学中适当的引入建模教学，很好的丰富了学生的学习内容和方式，补充了学生在进行物理实验过程中的不足，为高中物理学科的教学提供了改革的新思路，对高中物理教学的研究做出了一定的贡献，有利于完善我国的高中物理教育，逐步实现知识理论和科学实践的有机结合，同时也为其它学科的教学模式改革提供了新的方法。

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