高中物理建模能力的培养

来源 :中学课程辅导·教师通讯 | 被引量 : 0次 | 上传用户:judycome7
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  【内容摘要】物理模型方法是物理学中最常见、最重要的科研方法之一。物理模型也是中学物理的重要内容,正确建立物理模型的能力是高中学生必备的能力,作为一名物理教师,我们在平时的教育教学过程,应给有意识的培养学生的建模能力,使得学生能够适应物理的学习,最终能够让所学的物理知识用于生活,服务于生活。
  【关键词】中学物理 建模能力 培养
  在平时的物理教学中教师都很注重物理模型和物理过程模型的建立,但是学生总不能从中得到领悟,问题处在哪里?可能是我们教师的一厢情愿,认为学生都领悟到了,但是如果我们教师自己都没有引起重视,那就是我们自己做的很不够,纵观十几年的物理教学,物理建模能力一直是师生们永远的伤痛,所以作为教师我们平时更应该不厌其烦的加于强调,强调,再强调。
  一、物理模型及其特点和分类
  (一)物理模型的特点
  物理模型是从同类的物理问题中,只抓问题的本质,忽略次要因素。故典型性是物理模型的首要特点;其次,物理模型作为一种研究问题的方法,在整个物理学研究,以及其他学科领域的研究中发挥出了不可替代的作用。故其还具有方法性。
  (二)物理模型的分类
  物理模型通常可以分为四类,即“实体(物理对象)模型”、“理论(物理过程或物理状态)模型”、“物理条件模型”和“数学模型”。
  1.“实体模型”是在研究的一定限度内,按照物理客体的本来面貌,相当精确地抽象出其本质特征。这类模型一般用于建立物理概念和探索物理规律。如质点、弹簧振子、点电荷、理想变压器、无限长直导线,原子的模型,点光源……另外,像光线、电场线、磁感线等是根据物理客体表现出来的物理性质,用理想化的图形来模拟物理客体而引入的一类理想模型。
  2.“理论(物理过程或物理状态)模型”是在观察、实验的基础上,经过物理思维,对某一物理研究对象的相互作用、运动规律等进行一种简化、深入的描述。这类模型一般用于分析物理事件发生的过程,建立物理情景。
  3.“物理条件模型”是把物体所处条件理想化。例如,当研究微观粒子在场中运动时,因为G  4.“数学模型”我们在构建物理模型的同时,也在构建表现物理状态及过程规律的数学模型。(1)可以借助数学模型描述物理概念和定律,如ρ=m/V,F=Gm1m2/r2,E=n(△Φ/△t);(2)可以借助数学工具推导出具有普遍性的结论;(3)借助数学知识顺利地归纳和计算实验结果,快速解决物理问题。
  二、物理建模能力的培养
  从物理学的角度看,“建模”,就是把我们要研究的物理对象或物理过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法形成物理模型。
  例如,在处理天体问题时的“行星模型”和“球体模型”。“行星模型”是将星体绕中心天体的椭圆轨道运动,近似看作匀速圆周运动。“球体模型”则是忽略了星球的自转,认为万有引力等于该星球表面物体所受的重力。这样建立了物理模型后,学生便可以自己将匀速圆周运动的知识应用于天体运动,从而避免了众多繁琐公式的记忆,同时也抓住了此类问题的本质。又如,“交变电流”一章中“理想变压器”模型的建立是解决中学物理中变压器问题的基础。由于实际变压器在变压过程中受“漏磁”、“原、副线圈本身的电阻”等因素的影响较小,作为次要因素可以被忽略掉。这样便建立了一种“无漏磁,线圈无电阻”的“理想变压器模型”。再根据互感的原理才得到了变压器的变压原理,即:U1/U2=n1/n2和I1/I2= n2/n1。学生理解、掌握了这种变压器模型,便给解决这一类问题奠定了坚实的基础。
  “模型转换”是培养学生建立物理模型的一种切实可行的办法。如果说学生认识模型是“建立模型”的话,那么解题则是“建立模型”的逆过程。在研究物理时碰到的新模型,通常是由一些我们熟悉的旧模型中发展或转变而成。因此对于与原模型有相近的运动状态或相似的物理性质对象,应把待解问题纳入到已有的模型中去。由于客观事物是无限的,而物理模型是有限的,尤其是对于中学物理教学,由于学生的认知水平的制约,很多时候学生不能快速、准确的建立起他们熟悉的物理模型,所以需要我们多对学生进行“模型转换”的引导。
  由于学科特点,使得物理学科对培养学生的建模能力有其独具的优势。从物理学的发展历史来看,“建模”起着推动其前进的作用,建立物理模型在解决物理问题中起着至关重要作用。不管问题是否简单,都需要正確建立模型,建模可以从“数、形、链”三个方面进行,所谓“数”,即物理量,可以是具体数据,也可以是符号;所谓“形”,就是将题设物理情境以图形的形式呈现出来;所谓“链”,即情境链接和条件关联,情境链接就是将物理情境分解成物理子过程,并将这些子过程由“数、形”有机地链接起来,条件关联即“数”间关联或存在的临界条件关联等。“数、形、链”三位一体,三维建模。
  总之,物理新课标突现出两大鲜明特征:一是提倡从生活走进物理,从物理走向社会;二是科学探究贯穿始终。这说明:授之以鱼不如授之以渔。以模型为载体培养学生科学探究能力符合物理学科的特点,这不仅能够有效地促进物理成绩的提高,还会使学生会学物理,最终提高学生们分析、解决实际问题的能力和创新能力。
  (作者单位:福建省永安市第一中学)
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