高中物理建模教学的思考

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  摘 要:在高中物理建模教学中,抓住问题关键,化繁为简,大大激发学生对物理的兴趣和探索自然的欲望,这样也就提高了学习的效率,使学生建构真正的、有效的知识。在培养学生构建物理模型的过程中,学生的物理思维也在潜移默化地发展着。
  关键词:物理建模;基本步骤;思维探究
  【中图分类号】G633.7
  本文所说的物理模型是指在高中物理教学中,把复杂的实际情况转化成一定的容易接受的简单的物理情境,抓住问题关键,形成一定的经验性的规律,形象、简捷的处理物理问题的过程。物理建模,能培养学生对较复杂的物理问题进行具体分析,有利于培养学生概括能力和创新能力,有利于培养学生的主动性。
  一、运用物理模型解题的基本步骤策略举隅
  在解物理习题时,教师要强调学生明确:研究对象是什么建构实体模型;研究对象处于什么状态,建构状态模型;状态是如何变化的,分析过程模型。一般的步骤是:通过审题,摄取题目信息。如:物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物理过程等;弄清题给信息的诸因素中什么是主要因素;寻找与已有信息的相似、相近或联系,通过类比联想或抽象概括、或逻辑推理、或原型启发,建立起新的物理模型,将新情景问题转化为常规问题;选择相关的物理规律求解。
  二、高中物理建模策略举隅
  高中物理教学中,许多时候学生不是不会解题,而是不理解题目的核心内核,拿到题目不知如何建模,抓建模住问题的主要矛盾和本质因素,在解题时,能根据题目构建出准确的物理模型,解题思维一打开,许多问题便会迎刃而解。
  在高中物理教学中,物体的运动,通常是匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动、圆周运动、简谐运动与波动用标准化运动建构模型,运动学中的物体常被抽象成质点;力学中在分析物体的受力时常被抽象成小球、矩形体、轻绳与轻杆等;热学中常将实际气体视为理想气体;在电学中将带电体视为点电荷,将导线视为超导体;光学中将光束视为光线等等,复杂的问题转化成若干个学生熟悉的具体例子、场景或物体,以便学生能回忆并运用与相关的知识,解决复杂问题的每一个小问题,从而使复杂问题得到解答的过程,在物理实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,把实际过程理想化,找出其规律。
  如:“自由落体运动”是高一教材中的物理模型,学生在建立模型时会遇到困难,可以借助实验,设计如下的教学过程,有利于学生建立模型。
  创设情境,指导比较:提问:我们平时看到重的物体与轻的物体哪个下落的快? 学生分组实验:①观察1角与1元的硬币同时下落能否同时落地?②观察相同重量的纸片与纸团同时下落能否同时落地?
  通过以上两个实验的比较,学生可以得出不同重量的物体落地时间相同,而相同重量的物体落地时间却不相同。
  建构主义学习观认为,学习过程不是由教师向学生传递知识的过程,而是学生自己建构知识的过程。同时,根据现代教育理论观点,高中物理教学不能无视学生已有经验,要把学生现有的知识经验作为新知识的起点。教师应该重视学生自己对各种现象的理解,引导学生丰富或调整自己的理解,借助物理实验,有利于学生主动构建物理模型。
  另外,我们在高中物理教学中,还经常将数学建模软件Maple迁移到高中物理建模,Maple是目前世界上最流行的通用数学软件之一。与其他数学软件相比,Maple的优势在于其强大的符号计算能力。Maple还是一个图形化的软件开发平台,用户可以方便地编写、调试程序,生成自己的函数包,从而将Maple的功能扩展,而内容丰富的联机帮助文档和帮助系统更是大受用户欢迎。给学生提供了课后的教学助教,并方便教师对学生进行物理竞赛之类的辅导。
  三、高中物理建模思维探究
  在高中物理建模教学中,要注重整体思维和隔离思维的培养,在系统内物体相互作用模型的教学中,活用动量守恒定律解答问题能促进学生的整体思维和隔离思维的发展;要注重等效思维和联系思维的训练,有一些物理题,形式完全不同,但实质是同一种物理模型,比较异同,抓住实质,善于归类总结,对提高学生等效思维和联系思维均是很大促进,等效思维是以效果相同为出发点,对所研究的对象提出一些方案和设想进行等效处理的一种方式。这种方式具有启迪思考、扩大视野、触类旁通的作用;要注重临界思维和极限思维培养,临界思维是利用物体处于临界状态的条件来解决物理问题的一种思维方式,在处理复杂问题时可以适当的将物理变化引向突变拐点,然后分析其状态,或者代入特征数据进行讨论,从而暴露问题的本质,使过程简化的一种思维方式,极限思维是根据已知的经验事实,把研究的现象和过程外推到理想的极值加以考虑,使主要因素或问题的本质迅速地暴露出来,从而得出正确的判断,临界思维和极限思维在解答实际问题应用非常广泛,而问题解答对这两种思维的发展又有很大的推动作用;要注意对称思维和割补思维的训练。
  本题也可以人和冰车为研究对象,其与木箱每推接一次运用一次动量守恒定律,找出速度与次数的关系式再求解,但此种解法过于复杂。若把整个运动过程看成一个整体,就能运用上面解法,显然,简单明了多了。两种方法的区别在于选取哪部分为研究对象,可见,在建模教学中,模型结论的应用可以让学生理解整体法与隔离法相互对立又相互统一,在具体问题中,常需同时交互使用,发挥各自特长,从而优化解题思路和方法,达到快速解答物理问题的目的。
  总之,在高中物理模教学中,要让学生把握步骤,经营方法,认真思维,才能在刷新中提速。
  参考文献
  [1]南红娜.浅谈中学物理中的物理模型[J].华章,2011,(11)
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