初中物理教學中要培養學生建模思想

崔傲

摘?要：當學生具備了分析物理文本中需要探討的物理問題、能夠結合科學的思想找到物理問題與因素之間的規律以后，教師要引導學生把物理問題的規律上升到定量、定性的基礎上，為學生打好基礎.當學生能夠從定量、定性這兩個角度分析物理問題以后，教師要引導學生結合這一基礎套用物理公式.對于復雜的物理問題，學生可能要應用分類探討的方式來探討公式.

關鍵詞：初中;物理;教學;培養;學生;建模思想

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2020）17-0076-02

物理建模是一種高度抽象的思維，它要求學生必須應用宏觀的思維看待問題，找出影響物理問題的可變量和不變量，通過分析可變量對物理問題的影響，分析物理問題的規律.

一、引導學生建立模型基礎部分教師會認為當學生分析出影響物理現象的規律以后，不是應當直接引導學生建立物理問題的模型了嗎？在此以前，還需要學習哪物理理模型的基礎？物理教師要意識到，建模與應用物理公式有較大的差異.當學生學會分析物理問題的因素與物理現象產生規律之間的關系以后，僅僅意味著學生可以應用現有的物理公式來分析這種關系，物理公式是一種前人總結出來的模型，而并非解決問題需要的模型.為了讓學生能夠針對每個具體的問題來建立模型，教師要引導學生掌握定量和定性這兩個物理問題的分析基礎.

以我引導學生思考題3為例：參看圖1，圖1的電路中有一個滑動變阻器，現測得其兩端電壓為9V，移動滑片后，測得其兩端電壓變化了6V，如果通過滑動變阻器的電流變化了1.5A，那么請分析以下的哪種描述是正確的？A.移動滑片前滑動變阻器接人電路的阻值是4Ω;B.移動滑片后滑動變阻器接人電路的阻值是4Ω;C.移動滑片后滑動變阻器兩端的電壓一定為3V;D.移動滑片后滑動變阻器兩端的電壓可能為15V.很多學生不能找到這一題的解題切入點.

我引導學生思考，該題探討的什么問題？學生表示該題探討的是移動滑片后給電路帶來了什么變化的問題.我讓學生思考，電路的變化與哪個公式有關？學生表示探討這一問題可應用R=U/I這一公式.我引導學生再次思考，現在能讓這個電路產生變化的因素是什么？學生表示是電阻.因為在電阻不變的前提下電壓、電流都是固定的.而電阻發生變化以后，電壓和電流兩項參數都會發生變化.我引導學生思考，滑動變阻可讓R產生哪種變化呢？學生經過思考，表示可以讓電阻產生變大或變小這兩種變化.我引導學生結合這一思路事例建立模型的方法.學生經過思考，發現建立模型的方法就是：第一，找到需要探討的物理問題，在該次的學習中，探討的是電路的變化.第二，找到影響電路變化的因素，題3雖然看似好像電壓、電阻、電流都可能讓電路發生變化，然而電壓和電流的變化都與電阻有最直接的關系，所以影響電路變化的實際因素只有一個，就是電阻的變化.第三，找到電阻可能出現的變化，題3中可能出現的就是變大或變小這兩種變化.我引導學生了解，第一和第二，是將問題定量的探討，即學生要找到探討問題的核心和建立影響問題因素的數量關系.第三是將問題定性，即定量關系的變化會帶來物理問題性質的變化，學生要結合性質的變化來探討物理問題變化的規律.

教師要讓學生了解找到需要探討的物理問題及影響問題的因素，是定量的探討，定量探討的重點是學生找到需要探討的參數，通過觀察參數的變化找到影響物理問題的關鍵因素;在完成定量探討后，學生要鎖定關鍵因素的變化，結合變化的規律對物理問題定性.學生應用了這樣的方法，就具備了基本的建模思路.

二、引導學生建立關系模型當學生具備了建模的基礎知識以后，教師可引導學生把物理模型應用到基礎知識上，擬出物理公式，然后從物理問題探討的角度全面整合物理公式，建立物理模型.在這一環節，學生需要掌握的關鍵為如何整理公式建立模型.

以我引導學生以題3的建模基礎，幫助整合模型為案例.當學生了解了影響電路關鍵的問題就是電阻器大小的問題后，學生擬出公式：向左移動滑片，電阻逐漸變小，代入已知條件可知，當電阻變小后，電壓會變小、電流會增大.結合已知條件可知：

R=UI=3V1.5A=2Ω（式1）

由（式1）可得：1.5A（6Ω+R0）=U（電源）（式2）;

并由（式1）可得：3A（1Ω+R0）=U（電源）（式3）;

當滑動變阻器變大時，電壓將大于加大，代入已知條件，獲得公式：

R=UI=9V1.5A=6Ω（式4）

由（式4）可得：3A（3Ω+R0）=U（電源）（式2）;

并由（式1）可得：1.5A（10Ω+R0）=U（電源）（式3）;

結合以上的公式，由（式2）、（式3）分析，得電路圖2;由（式4）、（式5）分析，得電路圖3.

整合各式，可得R0=4Ω，U（電源）=21V.分析答案，該電路的總電阻一定不是4Ω，并且移動滑片后，電壓可能為3V也可能為15V.結合以上的答案可知正確答案為D.通過這一次的學習，我引導學生理解如何整合公式，學生獲得如下的答案：第一，根據物理問題定性的結果，將問題分類.每個問題分類都可以應用一個物理公式來描述因素對問題的影響，獲得與之相關的因素影響，獲得定量參數，是整合公式的第一步.第二，宏觀的分析每個分類，建立分類和分類之間的邏輯聯系，這個邏輯聯系就是定性的分析，將物理問題定性是建立模型的基礎.第三，根據邏輯聯系，分析公式中可變因素和不變因素，以不變因素為聯接建立模型.比如在應用R=UI來解決問題時，R可分為R0+Rx，此時可以通過R0這個不變因素來分析U0、I0，以此為基礎，再探討可變因素的變化，綜合分析其它因素的變化可能會對R造成的影響，這就是探討這個電路問題的模型.

當學生列出對物理因素影響的公式后，教師要引導學生從可變因素與不變因素兩個角度來整合因素.第一，教師要引導學生找出一個能夠完全描述出整個物理因素的公式，這個公式抽象的公式就是基礎模型;第二，教師要引導學生把不變因素和可變因素帶入到模型中，這就整合因素的關系;第三，教師要引導學生結合已知條件來替代不變因素，然后從可變因素的角度來精確模型，使模型建立的需求能符合這個問題探討的需求，這就是物理問題的最終模型.比如在這次的學習中，學生在探討出R0這一不變因素后，需要探討出U和I的可變范圍，當找出這一范圍時，便可確立物理模型.

初中物理教師的建模教學之所以存在低效化的問題，是與教師跳過了文本閱讀、科學思維、建模基礎這三個教學，直接要求學生學習建模知識的緣故.學生具有差異性，不是每一名學生都具備這樣的宏觀思維.教師在開展建模教學時，要依該次說明的步驟循序漸進的教學，使學生能夠掌握建模思維的每一項技能，最終具備建模的能力.

參考文獻：

[1]鄧卓.中學生物理思維模型建構初步研究[D].長春：東北師范大學，2018：78.

[責任編輯：李?璟]