新課程理念下通過實驗培養學生的物理建模能力

吳慧靈

【摘 要】 物理模型是同類問題的本質體現和核心歸整，是同類問題的升華。無論試題情景多么新穎多變，物理過程多么復雜曲折，它與日常生產生活聯系多么密切融合，其最終的落腳點和解決問題的出發點大都是物理模型的直接展現。

【關 鍵 詞】 物理模型；建模能力；新課程

一、背景

物理新課程標準中關于教學目標提出了知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標。如何在教與學的過程中落實新課程的三維目標，提高教學實效，培養高素質人才，就成為一線教師探索和追求的主題。新課程改革要求給予學生活動的空間，思維的空間，讓學生主動參與，落實課改的措施。

在多年的物理教學工作中，我發現重視學生物理建模能力的培養，養成良好的解題習慣，對于提高學生的解題能力及提高解題速度有很大的幫助。在教學中，不管從促進學生主體性發展角度而言，還是從培養學生的創新意識、創新能力而言，都應提高學生的物理建模能力。而抓物理模型的教學就是以物理知識為基礎，以科學方法為中介，相互和諧和融合，在教與學的過程中實現新課程的三維目標的很好途徑。

二、特點

1. 抽象性和形象性的統一。物理模型的建立過程是一個抽象思維和形象思維相結合的過程，而建立的物理模型本身又是抽象性與形象性的統一體。如，質點模型中的電場線對電場的描述；磁感線對磁場的描述；光子模型對光的粒子性的理解等。因此說物理模型是形象性和抽象性的統一體。

2. 物理模型是科學性和假定性的辯證統一，物理模型以先前獲得的科學知識為依據，經過判斷、推理等一系列邏輯上的嚴格論證，所以，具有深刻的理論基礎，即具有一定的科學性，因為只有經過實驗證實了以后才被認可，才有可能發展為理論，又具有一定的假定性。

三、能力培養

1. 演示實驗

教師在演示過程中要講明實驗目的、原理、方法、使用器材、設計思想，分析可能出現的問題；更重要的是培養學生的觀察能力和思維能力，從而促進學生建模能力的提高。

2. 情境再現，構造模型

“情境”教學能給枯燥的學習帶來活力。它從學生喜聞樂見的生活實際出發，使學生親身體驗物理就在生活當中，讓學生主動研究充滿物理規律的實際問題，最終思維能力，情感態度等方面都得到進步。

例：（全國高考卷）一跳水運動員從離水面10m高的平臺上向上躍起，舉雙臂直體離開臺面，此時其重心位于從手到腳全長的中點，躍起后重心升高0.45m達到最高點，落水時身體豎直，手先入水（在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計）從離開跳臺到手觸水面，他可用于完成空中動作的時間是______s。（計算時，可以把運動員看作全部質量集中在重心的一個質點，g取10m/s2，結果保留二位數）

分析：運動員的跳水是個復雜的過程，是豎直方向的上下運動，但也有水平方向的運動，更有運動員做的各種動作。構建運動模型，應抓主要因素。現在要討論的是運動員在空中的運動時間，這個時間從根本上講與運動員所做的各種動作以及水平運動無關，由豎直運動決定。因此可以忽略動作，把運動員當成一個質點，同時忽略他的水平運動。當然，這兩點題目都作了說明，所以一定程度上“建模”的要求已經有所降低，但我們應該理解這樣處理的原因。這樣，把問題提煉成了質點作豎直上拋運動的物理模型。

在定性地把握住物理模型之后，應把這個模型細化，使之更清晰。可畫出如圖1所示的示意圖。由圖可知，運動員作豎直上拋運動，上升高度h，即題中的0.45m；從最高點下降到手觸到水面，下降的高度為H，由圖中H、h、10m三者的關系可知H=10.45m。

概言之，通過情景再現，構造物理模型的過程要注意

（1）結合題目描述的現象、給出的條件，確定問題的性質；同時抓住現象的特征尋找因果關系。這樣能為物理模型的構建打下基礎。

（2）理想化方法是構建物理模型的重要方法，理想化方法的本質是抓住主要矛盾，近似地處理實際問題。因此在分析問題時要養成比較、取舍的習慣，而且要養成畫示意圖的習慣。

3. 歸納、理解內涵

通過對理想化模型的研究，可以完全避開各種因素的干擾，認識實際問題的本質，在思維中直接與研究對象的本質接觸，能既快又準確地了解事物的性質和規律。

如“如圖2所示為磁流體發電機的原理示意圖。M、N為平行板電極，極板之間存在勻強磁場。使等離子體從左向右高速射入，就可以在極板之間建立電動勢。分析說明其發電原理；確定穩定狀態下極板之間的電勢差由什么決定？

分析：等離子體以垂直于磁場的速度v進入磁場中后，由于洛侖茲力的作用，正離子將向M板偏轉，負離子將向N板偏轉。于是在M板上積累正電荷，在N板上積累負電荷。這樣在兩極板之間就產生了電勢差，形成了電場，場強方向從M指向N。

總之，物理模型是同類問題的本質體現和核心歸整，是同類問題的升華。無論試題情景多么新穎多變，物理過程多么復雜曲折，它與日常生產生活聯系多么密切融合，其最終的落腳點和解決問題的出發點大都是物理模型的直接展現。

【參考文獻】

[1] 劉東輝. 中學教學建模與發展[M]. 濟南：山東大學出版社，2013.

[2] 張乃釗. 高中生物理建模能力的培養[J]. 數理化解題研究，2016（3）.

[3] 秦園園. 芻議物理建模能力的培養[J]. 中學物理教學參考，2015（6）.