浅谈高中生物理建模能力的培养

1、浅谈高中生物理建模能力的培养王国鹏郭金玲摘要：在物理知识体系中，物理建模的思想与方法贯穿于其各类分支，物理 模型可以作为解决问题的切入点，因为建立有效的物理模型在整个物理学中起支 柱作用，具备物理建模能力是帮助学牛构建物理学体系最直接有效的方法。同时 物理模型的构建在理论联系实际中起到了纽带和桥梁的作用。木文阐述了就高中 物牛理建模能力的培养提出几点想法与建议。关键词：物理建模；有效性；培养高考改革总趋势是由知识立意转向能力立意，试题内容大多源于牛产牛活实 际，这类试题都要求学牛能根据题目的信息，建立合适的物理模型，再利用物理 模型所遵循的规律解题。而我国在中学阶段的物理教学中，对在科学研究中

2、具有 重要地位的模型思维能力的培养往往被忽略，这就不利于学牛掌握科学的研究方 法。中学物理教材中无论哪一部分的内容都是以物理模型为基础向学牛传达物理 知识的，物理模型是中学物理知识的载体，通过对其进行分析与讲解，是学生获 得物理知识的一种基木方法，物理模型是根据所研究对象的形状、大小、运动过 程、状态、结构等特征，抓住主要因素，忽略次要因素而建立起来的一种高度抽 象的、理想化的实体、概念和过程。物理模型为解决物理问题提供了一个可以有 效解决抽象问题的简单的方法，根据模型可以有效的将问题“化繁为简”并加以 解决，使学牛更容易透彻深入的理解物理概念及规律，能使学牛对物理产牛更加 浓厚的兴趣，让学牛

3、有效的将所学知识应用于实际，更是培养学生创造思维能力 的重要途径。那么理解了物理学的木质才能足以质疑物理问题、分析物理问题、 解决物理问题。毕竟物理学木身是一门理论性、实践性很强的学科，那么在教学 中有效应用物理模型有哪些作用，如何让学牛悟出物理本质，有效进行教学，培 养学牛的建模及实践能力值得深思。一、教学中有效运用物理模型的作用物理学木是联系生活最密切 的一门学科之一。因而在教学中必须充分调动学生学习积极性，促使学生积极参 与学习、探究学习才是有效教学永恒的追求。而物理模型是人们认识和把握自然 科学的途径，是培养学生创新能力的过程。物理教学中常常采用“简化”或“理 想化”的方法，对实际问题

4、进行抽象化处理。那么笔者认为教学中适当运用模型 也很有必要，可以有效地激发学生兴趣，物理模型在教学中的作用如下： 1. 物理模型有利于简化和纯化物理问题的处理，通过建立物理模型，可以简化研究 对象及其所处的状态和发展变化过程，大大地方便了对物理问题的处理。在一定 的场合和一定的条件下，作为一种近似，可以把实际物理问题中的研究对象、物 理过程、物理状态当作物理模型来处理，从而抓住核心因素以及本质特征，更好 地帮助学生理解，解决实际问题。2. 物理模型帮助学生建立起了清晰的物理图像，如求解变力做功采用微元段 法、图像法，使物理问题“化难为易”、“化繁为简”，不仅增强了学生学习的自 信心，还潜意识地

5、培养了学生的创新能力。3物理模型在培养学生的思维发展、解题能力的问题中起着至关重要的作用。 熟练使用模型化方法有利于学生将抽象的物理问题更直观化、形象化。使学生学 习新知识时容易理解和接受。4.物理模型有利于发挥想象力和物理抽象能力，物理学的学习与研究活动都 表明，从宏观世界中天体的运行到微观世界中分子原子、基本粒子的运动，以及 大量电磁现象、光学现象及过程一般都比较复杂，无论是探索和揭示复杂的物理 现象和物理过程的本质规律性，还是解决处理复杂的实际物理问题，只有采用适 当的物理模型来分析，才能有效发挥物理抽象思维的作用。物理教学不是纯粹的 记忆知识，而是理解，培养学生发散思维，让他们自己消化

6、，从而形成概念、发 现规律。在教学、学习中应注意从这个方面发展物理思维能力。5物理模型既原于实践，而又高于实践，具有一定的概括性。而物理模型的 有效使用能培养学生对较复杂的物理问题进行具体分析，有效培养学生解决物理 问题的能力，更有助于培养学生的主动性。6.物理模型既是物理科学体系中光辉的典范，也是人们通过科学思维对物理 学科的抽象描述，是物理学教学中常用的方法。而采用“简化”的方法，有利于 学生更深入的认识抽象的物理问题。二、怎样培养物理建模能力1依靠教学大纲，为建模打好基础学生建模能力的培养不是一天两天就能完成的，为了构建物理模型，要求学 生对有关物理知识充分理解。这就要求教者必须依靠教学

7、大纲，抓住课本，注重 基础知识的教学，培养基本技能，灌输基本思想方法。运用物理知识解决各类实 际问题吋，建立物理模型是十分关键的一步，同吋也是十分困难的一步。要通过 调查、收集数据资料，观察研究实际对象的固有特征和内在规律，建立起反映实 际问题的物理关系，然后用物理的方法去解决问题。这些都需要扎实的物理基础, 否则是无法完成这个过程的。2 巧设问题情景进行建模设问题情景模，确立研究对象“研究对象”是参与所研究的物理对象的客 体。物理中的实际问题往往参与了众多客体，影响因素复杂，故解决问题首先要 对客体进行简化，抓住其主要特征，舍弃其次要因素，确立研究对象，建立物理 模型。心理学研究表明：高中生

8、乐于提出问题，并试图解决问题，喜欢讨论问 题的发生及解释、论证事物发展的因果关系。因此教学中创设问题情景，要激发 学生主动探索的欲望，通过讨论分析各个“研究对象”之间的相互联系，找出关 键的客体，确立研究对象。3. 对物理过程情境建模。在高中物理课堂教学中，我们常常要从生活实际中引入一些实物场景，让学 生依托这些情境进行分析比较，而常见的物理情境模型在力学中有碰撞模型、子 弹打木块模型等，在电磁学中有带电粒子在电场中加速模型、偏转模型，带电粒 子在复合场中运动模型、金属棒运动切割磁感线的模型等。有助于学生理解物理 过程并带着好奇兴趣探究学习，从而达到预期的效果。4. 多利用类比法进行建模课堂教

9、学中还有一个不可缺少的就是类比模型，因为有些物理现象、规律， 我们无法直接展示给学生，这时如果我们用学生头脑中已有的物理模型作类比， 可以帮助学生建立新的合理的物理模型。在讲到“分子间的作用力”时，其引力和斥力是同吋存在的，但有吋引力大 于斥力，有吋引力等于斥力，有吋引力小于斥力。教学中为了让学生形象地理解 这一知识，我设计了 “拉伸弹簧”这样一个物理模型作类比：-弹簧的两端各有 一个小球，当弹簧处于自然状态吋，相当于分子处于平衡位置距离，引力等于斥 力；当弹簧被拉长吋，相当于分子距离大于平衡位置距离，松手后，两小球相互 吸引，原因是吸引力人于排斥力，作用效果表现为吸引力；当弹簧被压缩吋，相

10、当于分子距离小于平衡位置距离，松手后，两小球相互排斥，原因是吸引力小于 排斥力，作用效果表现为排斥力。在这个讲解中还得注意到学生已有知识，他们 还没学力学，所以只能通过现象及建立的类比模型进行分析，帮助学生理解吸引 力与排斥力是同吋存在的。5 利用多媒体进行建模随着信息技术与多媒体技术的飞速发展，教师利用多媒体课件上课已经成为 一种常规的教学方式。事实说明，多媒体技术的应用在激发学生学习兴趣、增强 教学的直观生动性、方便知识复习、习题练习等很多方面都发挥着巨大的作用， 也给我们的物理学科教学带来了极大的方便。我们用flash可以更加直观生动地 展现那些抽象的无法用手工教具展现的物理模型，从而加深学生的印象与理解。6 利用好实验室进行建模物理是以实验为基础的学科。做实验是检查学生是否真正掌握某-物理模型 规律的重要手段，是培养物理建模能力的有效途径。没有清晰的物理模型概念学 生就不会开展实验过程；没有习惯性的建模意识和正确进行实验的科学指导思想, 学生就不能通过实验来培养自己的思维能力、动手能力、创新能力。让学生带着 物理建模的意识走进实验室，多进实验室，才能让学生真正走进物理学的精妙之总之，从伽利略开创近代物理先河开始，实验观察加