建模思想在高中物理教學中的運用研究

【摘要】建模思想是將問題作為導向構建數學模型加以解決的方法，它與物理學有著密不可分的聯系.高中物理主要給學生傳遞基礎性的物理知識，教學的目的之一是幫助學生增強創新意識同時培養物理思維，建模思想在高中物理教學實踐中發揮著重要作用.本文首先明確建模思想與高中物理教學二者之間的聯系，進而就建模思想對高中物理教學實踐產生的積極影響展開論述，最后為更好地應用建模思想提出可行性措施.

【關鍵詞】建模思想；高中物理；課堂教學

1 建模思想與高中物理教學的緊密聯系

1.1 物理建模思想的內涵

所謂建模，可以拆解二字，理解成建立模型，建模思想就是建立模型的意識、思維、方式，在解決實際問題時能夠加以應用達到目的.物理學領域的建模思想需要結合數字語言，通過數學模型和物理思維相結合，對物理學中的空間運動關系等進行正確的反映.在高中物理教學中，建模思想被逐漸推廣，為解決物理學領域的問題提供了一種新的形式和方法.物理建模思想不僅需要扎實的理論基礎為依據，也需要實踐能力加以檢驗，實踐與物理學理論二者的緊密結合幫助促進課堂教學的有效性，使得高中學生獲取相應理論知識的同時，物理的邏輯思維與創新能力得到鍛煉.

1.2 建模思想與高中物理教學產生的聯系

一般的，建模思想較多地出現于數學相關的教學實踐中，在高中物理教學過程中不難發現許多建模方法的應用，豐富了物理教學形式.一方面，物理學本身的性質解釋了高中物理教學為什么能夠應用建模思想.高中物理是基礎性和應用性都很強的一門學科，學生在此之前接受過初中物理的系統學習，可以說有過一定的物理基礎，他們對于物理學涉及的方法理論比如牛頓定律等有過學習了解.另一方面，高中物理教學可以從運動角度延伸到能量角度，對于運動的研究主要包括直線運動、勻速運動（勻速直線運動、變速直線運動、平拋運動、圓周運動）等，有時在解決問題時這些運動不是單個出現，而是相互結合著出現，它們同時發生形成速直線運動（復雜的合運動）.建模思想滲透在物理教學實踐中，當遇到復雜的情況時，教師會帶領學生進行推導，從而建立新的模型，有時只需要尋找適合的模型加以套用，通過分析具體的運動過程，找到解決問題的主要因素，轉化成學生容易理解或者熟悉的物理模型，使復雜的物理問題得到解決.

2 建模思想對高中物理教學產生的積i9Z9e7pFXbGDkyzL4XTzXRQGJ8bdK1ljCvwKTtQymJc=極影響

2.1 幫助豐富高中物理教學情境，加速對學生建模能力的培養

高中物理教學實踐涉及模型的建立和后續的應用問題，這些建模過程在很大程度上能夠幫助物理教師營造物理課堂的氛圍，豐富了高中物理教學情境.高中學生置身于這種物理情境中更容易投入進去，他們有關建模的意識以及進行建模的能力得到有針對性地培養，建模過程對他們物理思維的養成有深遠的影響.學生在教師的引導之下進行建模，給予了他們物理領域足夠的發展空間，他們不需要篩選信息就可以模仿教師建模，按照相似的方法和途徑解決問題，讓學生獲取了一定的滿足感和成就感，促進他們建模能力的提高.

2.2 將抽象物理變得簡單化，加強與數學學科之間的聯系

高中物理很多內容不易理解，具有一定的抽象性，建模思想作用在高中物理教學中能夠把深奧不易懂的內容轉化成簡單直白的表述，有助于學生理解物理的內涵與邏輯.建立模型的過程中會應用到數學語言和數學工具，比如很多公式會涉及微積分，在分析物體運動的受力情況時有時需要用到勾股定理（正余弦定理），還有一些統計學的概念也會應用到物理解題過程中.通過運用建模思想，學生對于數學學科有更新的理解，他們對于數學知識的掌握更加深入，數學和物理這兩個學科之間的聯系更加緊密，在訓練學生物理思維的同時，也能幫助訓練他們的數學思維，總體上提高學生的邏輯思維能力，極大地促進他們的全面發展.

2.3 有效促進學生的長遠發展，訓練獨立思維有利于科研工作

培養建模思想能夠幫助學生展開在科研方面的工作，培養他們獨立自主的能力，使他們在某一概念中產生自己的理解，更好地掌握物理概念促進他們的長遠發展.建模思想運用在高中物理教學中，能夠幫助學生在面對復雜物理問題時層層分析，理清思緒，規劃出解決問題的大框架，再一步步地解決問題.

例如 以人教版高中物理中的天體運動為例，這類題型會涉及新定律和概念（新情境、新技術）因而文字描述較多，很多學生看到這樣的題目不自覺地害怕起來，但是靜下心思考不難發現，天體運動可以簡單地理解為勻速圓周運動的一種變形，這樣我們就能根據已經學過的知識做新的題，將已知條件羅列出來分析能為解題所用的，帶入相應的公式解決問題.獨立分析與創新能力對于日后參與科研工作有很大幫助，建模思想影響著學生長久的發展，幫助對癥下藥抓住解決問題的突破口，更有利于對概念和理論的研究.

3 在高中物理教學中應用建模思想的可行性措施

3.1 夯實高中物理基礎知識講解，為建模思想做好準備工作

在高中物理教學實踐中應用建模思想離不開學生對基本的物理規律和概念的牢牢掌握，因此教師應當將高中物理教材中的理論和各種公式準確無誤地傳達給學生，幫助他們牢記相應的知識點，為他們打好堅實的高中物理理論基礎.有了扎實的基本功，高中學生在學習建模時會更加容易，他們接受新內容的速度也會更快.

例如 教師在進行自由落體運動的教學時，首先應當把這一概念準確地表述出來，包括它的初速度、末速度以及下落高度等相關的概念，并依據此來展開建模的教學.高中學生準確掌握自由落體運動的基本概念是首要的問題，其次就是保證自己所掌握概念的準確性，這樣在建立模型時才能不偏離自己的解題方向，在解決問題時也能不被其他的干擾所誤導.

3.2 培養高中學生參與建模的積極性，發揮好適宜的引導作用

物理建模可以簡單地理解為一種解決物理問題的工具，是相對結構化、具象化的東西，經歷過不斷探索最終獲得自己需要的結果對學習能力的培養有很大的幫助.如果教師只是簡單地告訴學生建模的結果，而不帶領他們一同領會建模過程的奧妙，那么他們就僅僅學到了建模思想的表面，在解決問題時只能對簡單的概念進行照搬照抄式的建模，完完全全是復制教師的教學結果，而不能融入自己的見解和思考，遇到新題型或是將熟悉的題型換一種說法就會難倒學生.因此，高中物理教學實踐中應用建模思想需要教師做出適宜的引導，綜合考慮學生的物理學習素養，既不能什么都告訴他們，也不能什么都不告訴他們，而應該為他們設立挑戰同時也給予他們一定的提示.在物理建模教學過程中，教師可以適當地借助教學工具，包括圖象、公式等.

例如 以人教版高中物理力的合成與分解這一章節的教學為例，有一個很重要的學習方法就是畫圖，教師在教學時引導學生自己動手畫受力分析圖，把圖象中物體的受力情況更加清晰明了地展示出來.建模思想不是既定的語言，而是需要學生用物理思維思考問題，把抽象的概念轉化為自己能夠理解的模型工具.學生積極參與到建模教學中，他們在畫受力分析圖的過程中，對于各個力一定要進行深入分析，將復雜的沒有條理的問題轉化為有效模型，隨著學生越來越多地積累建模工具，他們的能力會得到明顯提高，物理建模教學的有效性得以體現.

3.3 幫助高中學生歸納總結建模過程，形成規范化的解題思路與技巧

在高中物理教學實踐中應用建模思想時，教師很有必要幫助和引導學生歸納總結，借助代表性的物理模型和概念進行類比學習，加深記憶的同時在學生腦海中形成自己的解題思路.高中物理教學中涉及的概念能夠為模型建立提供服務，而且每個典型的例子可以引申出很多題型，經典的建模一定程度上可以作為建模思想的基礎，教師引導學生自己總結，并歸納出一套系統的比較規范化的解題技巧，解決物理問題時也更有頭緒和針對性.教師在對一個概念進行初次介紹時，學生會形成模糊的印象，當許多類似的概念和題型出現過后，他們對于這個概念的印象會越來越深，解題框架在潛移默化中變得更加清晰，由一個案例為導向，幫助學生掌握建模思想更加牢固，對于他們建模思想的培養也更加有針對性.

例如 以人教版高中物理動量守恒定律為例，這是高中物理中比較典型的定理之一，教師進行教學時進行準確講授，可以以此為導向展開總結，許多類似的題型都能夠直接套用.教師應強調應用這一定律的注意事項，將整個運動看作一個系統而不是彼此分開再分析受力情況.熟練掌握運動的合成分析方法以后，學生對于建模的理解會更加透徹，當做題時遇到兩個或多個相互作用的物體，就能夠在短時間內回憶起已經構建好的模型，加以變通和應用，可以節約做題時間，避免再推理和計算上消耗掉很多時間，為其他題目留出足夠時間.

3.4 強化建模思想的核心與內涵，促進學生養成物理思維

進行高中物理教學需要教師合理規劃教學的側重點，因為物理教材分出了不同的章節和板塊，教學不僅是培養學生的能力思維，還要考慮應試的情況.三年的物理學習，如果忽視將每個章節的聯系，對教學內容沒有進行及時的梳理、調整，學生學習了新的知識但是卻忘記學過的內容，很難有完整的物理學習體驗，各種知識拼拼湊湊在一起前后無法呼應，對他們物理思維的養成造成一定影響.因此，在教學時教師應當注重教學的連貫性，強化建模思想的核心與內涵，使教學過程更有指向性，將復雜繁多的章節分出條理，可以從運動和能量兩個大角度出發，先進行運動相關的教學為后續的能量教學打好基礎.隨著教學進度的進行，高中學生的物理思維逐漸形成，建立起越來越系統的物理觀念，解決物理問題時，他們可以聯系所學，對于一類題型有時只能從物體運動的角度分析，而有的問題從運動角度和能量角度都可以解決，這樣也鍛煉了學生的發散思維，為他們提供更多的解題思路.

3.5 將建模思想貫穿于高中物理教學的始終

筆者認為，建模思想是學生物理學習中很重要的一種思維方法，因此教師們應當將建模思維貫穿于教學的始終，無論是講解新知識，還是鞏固舊的概念.在進行新內容的教學時，教師可以引導學生講物理概念轉化為具體化的模型工具，通過建模把數學與物理有機地聯系在一起，用簡明的方式表述深奧的物理知識.通過新課教學幫助學生掌握具體的方法，引導他們探索和建立模型的能力，進而在講解作業題，鞏固教學時，幫助他們深化建模思維.對于舊概念的鞏固教學，不需要教師再對模型進行詳細的講解，只需要針對學生的薄弱之處，把他們未掌握、不理解的地方加以分析，將所學過的內容串聯起來，幫助學生加強總結歸納的能力，提高他們的物理思維.

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