新课程理念下通过实验培养学生的物理建模能力

【摘 要】 物理模型是同类问题的本质体现和核心归整，是同类问题的升华。无论试题情景多么新颖多变，物理过程多么复杂曲折，它与日常生产生活联系多么密切融合，其最终的落脚点和解决问题的出发点大都是物理模型的直接展现。

【关 键 词】 物理模型；建模能力；新课程

一、背景

物理新n程标准中关于教学目标提出了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标。如何在教与学的过程中落实新课程的三维目标，提高教学实效，培养高素质人才，就成为一线教师探索和追求的主题。新课程改革要求给予学生活动的空间，思维的空间，让学生主动参与，落实课改的措施。

在多年的物理教学工作中，我发现重视学生物理建模能力的培养，养成良好的解题习惯，对于提高学生的解题能力及提高解题速度有很大的帮助。在教学中，不管从促进学生主体性发展角度而言，还是从培养学生的创新意识、创新能力而言，都应提高学生的物理建模能力。而抓物理模型的教学就是以物理知识为基础，以科学方法为中介，相互和谐和融合，在教与学的过程中实现新课程的三维目标的很好途径。

二、特点

1. 抽象性和形象性的统一。物理模型的建立过程是一个抽象思维和形象思维相结合的过程，而建立的物理模型本身又是抽象性与形象性的统一体。如，质点模型中的电场线对电场的描述；磁感线对磁场的描述；光子模型对光的粒子性的理解等。因此说物理模型是形象性和抽象性的统一体。

2. 物理模型是科学性和假定性的辩证统一，物理模型以先前获得的科学知识为依据，经过判断、推理等一系列逻辑上的严格论证，所以，具有深刻的理论基础，即具有一定的科学性，因为只有经过实验证实了以后才被认可，才有可能发展为理论，又具有一定的假定性。

三、能力培养

1. 演示实验

教师在演示过程中要讲明实验目的、原理、方法、使用器材、设计思想，分析可能出现的问题；更重要的是培养学生的观察能力和思维能力，从而促进学生建模能力的提高。

2. 情境再现，构造模型

“情境”教学能给枯燥的学习带来活力。它从学生喜闻乐见的生活实际出发，使学生亲身体验物理就在生活当中，让学生主动研究充满物理规律的实际问题，最终思维能力，情感态度等方面都得到进步。

例：（全国高考卷）一跳水运动员从离水面10m高的平台上向上跃起，举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高0.45m达到最高点，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计）从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是______s。（计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点，g取10m/s2，结果保留二位数）

分析：运动员的跳水是个复杂的过程，是竖直方向的上下运动，但也有水平方向的运动，更有运动员做的各种动作。构建运动模型，应抓主要因素。现在要讨论的是运动员在空中的运动时间，这个时间从根本上讲与运动员所做的各种动作以及水平运动无关，由竖直运动决定。因此可以忽略动作，把运动员当成一个质点，同时忽略他的水平运动。当然，这两点题目都作了说明，所以一定程度上“建模”的要求已经有所降低，但我们应该理解这样处理的原因。这样，把问题提炼成了质点作竖直上抛运动的物理模型。

在定性地把握住物理模型之后，应把这个模型细化，使之更清晰。可画出如图1所示的示意图。由图可知，运动员作竖直上抛运动，上升高度h，即题中的0.45m；从最高点下降到手触到水面，下降的高度为H，由图中H、h、10m三者的关系可知H=10.45m。

概言之，通过情景再现，构造物理模型的过程要注意

（1）结合题目描述的现象、给出的条件，确定问题的性质；同时抓住现象的特征寻找因果关系。这样能为物理模型的构建打下基础。

（2）理想化方法是构建物理模型的重要方法，理想化方法的本质是抓住主要矛盾，近似地处理实际问题。因此在分析问题时要养成比较、取舍的习惯，而且要养成画示意图的习惯。

3. 归纳、理解内涵

通过对理想化模型的研究，可以完全避开各种因素的干扰，认识实际问题的本质，在思维中直接与研究对象的本质接触，能既快又准确地了解事物的性质和规律。

如“如图2所示为磁流体发电机的原理示意图。M、N为平行板电极，极板之间存在匀强磁场。使等离子体从左向右高速射入，就可以在极板之间建立电动势。分析说明其发电原理；确定稳定状态下极板之间的电势差由什么决定？

分析：等离子体以垂直于磁场的速度v进入磁场中后，由于洛仑兹力的作用，正离子将向M板偏转，负离子将向N板偏转。于是在M板上积累正电荷，在N板上积累负电荷。这样在两极板之间就产生了电势差，形成了电场，场强方向从M指向N。

总之，物理模型是同类问题的本质体现和核心归整，是同类问题的升华。无论试题情景多么新颖多变，物理过程多么复杂曲折，它与日常生产生活联系多么密切融合，其最终的落脚点和解决问题的出发点大都是物理模型的直接展现。

【参考文献】

[1] 刘东辉. 中学教学建模与发展[M]. 济南：山东大学出版社，2013.

[2] 张乃钊. 高中生物理建模能力的培养[J]. 数理化解题研究，2016（3）.

[3] 秦园园. 刍议物理建模能力的培养[J]. 中学物理教学参考，2015（6）.