浅谈中学物理建模教学

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1、浅谈中学物理建模教学：新世纪教育改革的纵深发展，旨在全面提高学生的素质，培养学生的科学素养，注重过程与方法，新课程改革正体现了这些观点。从科学思维的角度来看，模型的方法是贯穿于物理学各领域的一种经常使用的思维方法，在物理模型的构建过程中，学生能积极主动地参与构建的过程中。跟学生的交流中与对学生作业错误的统计中可以看出，很多高中生认为物理难学、物理题难做的重要原因之一是在学生大脑中缺乏系统的知识，不能有效地去建构物理模型。本文通过全面深入地对物理模型教学的研究，在一定程度上改变了一些教学观念，提高了教学效果。　　关键词：高中物理；建模　　　　从物理学的角度看，所谓“建模”，就是将我们研究的

2、物理对象或物理过程通过抽象化、理想化、简化和类比等方法形成物理模型。它是一种重要的科学思维方法，通过对物理现象及其本质和内在规律的探索，达到认识自然的目的。如物理学中质点、点电荷、单摆、弹簧振子、刚体、光钱等，即是对物理对象的“建模”。匀速直线运动、匀变速直线运动、匀变速曲线运动、匀速圆周运动（非匀变速运动）、简谐运动、简谐波、热学的准静态过程等等，即是对物理过程的“建模”。那么，如何进行建模教学呢？　　一、注重审题建模，提高解决实际问题的能力　　新课改与新高考都非常注重物理知识与生产、生活实际的联系，要求学生通过对实际问题的分析，摒弃次要因素，抓住主要因素，建立物理模型，对学生灵活运用

3、物理规律和物理方法解决实际问题的能力有较高的要求。如2010年高考理综物理试题的第15题中电工穿绝缘衣还是穿金属衣更安全的问题；第17题中水电站远距离输电的问题；第20题中宇宙飞船绕地球运行经历“日全食”的问题；第23题中涉及当前能源热点的光电池问题等，都涉及丰富的生产和生活实际，都需要通过严密的审题和建模过程才能解决。　　面对这样的问题，“题海战术”几乎完全失效，“解题技巧”似无用武之地。因此，在2011年的高考复习中，我们既要重视“招式”的学和练，更要重视本质化的审题和建模能力的培养，加强学生应用物理知识解决实际问题能力的训练，只有后者才是“无招胜有招”的更高境界。　　二、过程模型　

4、　过程模型是指把具体物理过程纯粹化、理想化后所抽象出来的一种物理过程。如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、竖直上抛运动、碰撞等。实际上大部分物理习题都与此有关，在教学中要熟知它们的特点、规律及这类问题的基本解法。特别是碰撞模型，更是前几年高考中常考的模型之一，要熟知碰撞特点和规律，实际上有许多物体间的相互作用的问题（如子弹打木块、一木块在另一木块上滑动等）都与碰撞类似，它们服从相同运动规律：在速度相等时两者距离最小，系统弹性势能最大，系统动能损失最多；在两者分离时被碰撞的物体速度最大；碰撞整个过程满足动量守恒；弹性碰撞在碰撞结束时碰后动能与碰前动能相等；碰撞时间很短，一般认为还

5、没有发生位移等。　　三、抽象法建立物理模型　　抽象法建立物理模型首先要根据问题的背景材料和要解决的问题，分析、抽象出哪些是与求解目标有关的主要因素，哪些是次要因素，然后通过想象，简化构造一个几何图案。　　例：人的心脏每跳一次大约输送8×10-5m3的血液，正常人血压（可看作心脏输送血液的压强）的平均值约为1.5×104Pa，心跳约每分钟70次，据此估测心脏工作的平均功率约为多少。　　分析与解答：“血压”是血液流动时对血管壁产生的压强，血液在血管中流动，主要靠心脏的跳动，心脏就像一台不知疲倦的“血泵”，通过血液对瓣膜的冲击力，维持血液在血管中不断地流动。处理这道题时，将每一次心跳输送的血液

6、看成一段血柱，血柱对瓣膜的冲击力产生血压。根据恒力做功的公式，人的心脏每跳动一次所做的功为W=PSLN=PVN　　所以，心脏的平均功率为:　　P平=W/t=PVN/t=1.5×104×8×10-5×70/60W=1.4W　　说明：这道题从生物（医学）材料背景入手，分析血液流动的情景，应用圆柱体模型解决医学问题。　　通过以上实例的分析可见，将我们研究的物理对象或物理过程、情境通过抽象进行“去次取主”“化繁为简”的处理，把反应研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体系，就形成物理模型。物理模型既源于实践，而又高于实践，在我们的生活、生产、科技领域中带有普遍的共性特征，具有一定的抽象

7、概括性。　　四、图形建模　　首先要重视课本中对经典物理问题的图形模型的建立过程。它们在方法和思路上都具有很广泛的代表性，但学生往往只对公式或者结论感兴趣，对建模的过程却轻易地就忽视了，这也是许多刚刚开始学习高中物理的同学感觉“物理一听就懂，一做就错”的根本原因。其次，在例题和习题课中，对较为简单的图形，可引导学生相互讨论、自主探索，对较为复杂的情况，教师既可以用设置悬念逐步深入的方法，也可以引导学生将复杂情况分解成若干简单情况来进行