試析高中物理課堂中建模教學的有效應用

沈賽華

高考物理題的命題側重于聯系實際以及與現代科技相結合的內容，借此來考查學生學以致用的能力.物理模型的建立，可以引導學生理解物理知識深刻的內涵與外延，有利于學生掌握物理知識，提高運用知識的能力.本文作者通過參閱大量文獻資料，并結合自身處于一線的教學實踐經驗來探討高中物理教學中建模教學的有效應用，希望對高中生的物理學習提供可取經驗.

解決物理問題的過程通常包含研究對象的確定、次要因素的排除、物理情景創設、物理模型的建立及問題的分析與解決.而在學習的過程中，學生往往會將從確定研究對象到建立模型這一重要的環節忽略掉，直接套用公式，從而造成解題錯誤.由此可見，在物理解題過程中一定要注重物理建模的重要性.

1 物理建模的定義

物理模型是典型的物理問題，是基礎知識的高度概括.物理學所研究的對象一般是物理現象或是物理過程，這些涉及得到諸多因素，因此都是極其復雜的.為了將復雜的研究問題簡單化，具體的物理問題理想化，我們可以將一些次要的、對研究問題無影響的因素從復雜的物理現象或物理過程中剔除掉，這樣抓住主要因素，建立起能體現客觀事物本質特征的抽象的物理模型便稱為“物理建?！?

2 建模教學在物理教學中的作用

物理建模教學不同于傳統的物理教學，建模教學可以幫助學生能夠更好地理解物理現象與過程，并更好地解決物理問題，那么建模教學主要能發揮什么樣的作用呢，下面做一下簡單總結：

2.1 激發學生的學習興趣

“興趣是最好的老師.”利用建模教學可以大大的激發學生對物理知識的渴望，充分發揮其吸收知識主體作用，知識不斷得到積累，學生的自信心也不斷得到提升，激發學生強烈的物理學習興趣.

2.2 提高學生的創新意識

物理建模是對一個物理現象或過程進行重新還原的過程，學生可以從不同的角度及思維深度尋找解決的方法，通過綜合運用物理知識和方法解決實際問題，并獲得經驗，發展創新意識.因此，這種開放性的思維探索過程非常有利于學生的創新意識的提高.

2.3 提升學生的團隊合作意識

在建模教學中，物理教師可以創設合適的物理情境，讓學生通過物理建模進行獨立思考，以及多種合作方式來解決難題，養成生生合作、師生互動、相互信任的交流習慣，從而獲得良好的情感體驗，提升學生的團隊合作意識.

3 建模教學在高中物理課堂中的有效應用

建模教學在高中物理課堂上的有效開展，是一個值得我們物理教師深入探索與研究的問題.下面就結合筆者在物理課堂教學實踐中運用過的物理模型的創建，來探討物理建模教學的有效應用.

3.1 建立客體模型

“客體模型”是指物理學中所研究的客觀存在的實際物體，是簡化與抽象建立起來的物理模型的過程.例如，在力學中研究物體的運動時，假如該物體本身的尺寸與問題中涉及的距離相比非常小，并且又不考慮物體的轉動等因素時，就可以忽略此物體的大小和形狀，而突出該物體的位置與質量，并用一個有質量的點來替代此物體，這就是“質點”模型.另外，波爾的原子模型、理想氣體模型也屬“客體模型”.

舉例 一輛汽車以一定的速度v在水平公路上沿直線勻速行駛，突然發現正前方的路面塌陷，為了保證自身安全，司機采取急剎車與急轉彎措施，哪個更合理？（人的反應時間忽略不計，并假設滑動摩擦力與最大靜摩擦力相等.）

略解 依據題目，可以得出挖掘出以下信息：同一輛汽車在同一水平路上行駛，初速度一樣.突然急剎車停止前，會向前運動一段距離，設s1，如果急轉彎，車也會向正前方運動一段距離，設s2，最終來求s1與s2的大小關系.

建立模型一 汽車以速度v行駛，突然采取急剎車措施，相當于質點在做勻減速運動，滑動摩擦力

f=ma（1）

2as1=v2（2）

由（1）、（2）可得s1=mv22f.

建立模型二 汽車以速度v行駛，采取急轉彎措施，相當于質點在做勻速圓周運動，由最大靜摩擦力提供向心力

fm=mv2R（3）

因此R=mv2f，即為s2的大小，可見s1

3.2 建立條件模型

“條件模型”就是將已知的物理條件模型化，舍去條件中的次要因素，抓住條件中起決定性的因素，重點突出主要的物理現象與過程，簡化了研究的問題，更有利于問題的探討與解決.在中學物理中經常碰到的一些使物體恰好做圓周運動的問題，這時就可以利用到“條件模型”.

舉例 一個質量為m的小球，要使它恰好能沿光滑豎直圓環作圓周運動，小球的“最高點”是圓環的頂峰，這點的最小速度v=gR.而如果小球是套在光滑的圓環軌道上，則到“最高點”的最小速度v=0.

3.3 建立過程模型

“過程模型”是指客體模型在理想條件下運動與變化的整個過程，這個過程是高度抽象的，是將物體復雜的運動與變化過程抽象為簡單的物理模型的方法.利用過程模型可以將各種影響因素的干擾完全避開，能更加準確地了解事物的本質和運動規律，將復雜的物理過程轉變為一個我們熟知的簡單過程，從而便于解決.例如，忽略重力的帶電粒子在垂直于場強方向進入電場的偏轉是運用了“平拋運動”的模型.另外，忽略重力的帶電粒子在磁場中的運動是運用了“勻速圓周運動”的模型.

舉例 如圖1，將一塊寬度為a，厚度為h的規則鐵塊放在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向與鐵塊的上下表面相垂直，若向鐵塊通入方向為自左向右、強度為I的電流時，其前、后表面間會形成一個電勢差.已知鐵塊單位長度中自由電子的數目為n，求鐵塊的前表面與后表面哪一電勢高？電勢差為多少？

略解 由左手定則可知，金屬導體的后表面的電子聚集較多，故前表面電勢較高，自由電子在定向移動的過程中受電場力和洛倫茲力作用，于是可得

eE=evB（1）

E=Ua（2）

I=nev（3）

由（1）、（2）、（3）可解得 U=aBIne.

4 結論

物理模型是建立物理概念和掌握物理規律重要的基礎，培養學生的物理建模能力是高中物理教學過程中非常關鍵的一步.物理教師要通過不斷研究與學習、總結與實踐，促進學生建模能力的養成，使其更加細致深入的理解物理的本質，使其分析與解決物理問題的能力不斷得到提高，并不斷增強他們對物理的學習興趣.但是，建模在物理解題中并不是萬能的，而是有一定適用條件的，在使用的過程中如果對形似而實不同問題不能做到有效理解，就很容易造成誤解.因此，我們在建模時應及時對模型進行深入的分析、仔細的比較及耐心的修正，確保其符合客觀實際.只有這樣，建模教學才能在物理課堂學習中真正發揮其作用，并得以有效應用，最終，提升高中物理課堂的教學效率.