如何培養“物理建?！彼季S

所謂“建模”就是建立模型，即為了更好地認識、理解事物而對具體事物做出的一種抽象處理，或是對事物所做出的一種無歧義的書面描述。而“物理建模”就是人們為了研究自然界各物體的運動規律、相互作用及其變化時對實際問題進行科學抽象的處理，用一種反映物理問題本質特征的理想物質、過程、結構、相互作用，去描述實際的事物、過程、結構與相互作用。“建?！奔仁且环N思維過程，也是一種思維方法，其實質就是將隱藏在復雜的物理情景中的研究對象或物理過程進行簡化、抽象、類比、提煉。因此，“建?！钡哪康木褪歉灿诰唧w的物理情景并將其呈現出來，從而達到初步分析、處理和解決實際生活中的物理問題，以利于社會的可持續發展和可持續發展教育。下面結合本人長期的高中物理教學實踐，談談如何引領學生培養“物理建模”思維。

一、真實的物體用抽象化方法建構模型

所謂真實的物體就是我們日常生活中常見的實際物體，當我們要分析這些物體的結構、運動規律或相互作用時，常常將它們的具體形狀、體積、大小等次要因素忽略而抽象成一種理想化模型，用以分析這些物體的結構、運動規律及相互作用。如運動學中的物體常被抽象成質點；力學中在分析物體的受力時常被抽象成小球、矩形體、輕繩與輕桿等；熱學中將實際氣體視為理想氣體；在電學中將帶電體視為點電荷，將導線視為超導體；光學中將光束視為光線等等。

二、物體的運動用標準化運動建構模型

高中物理新課程標準所要求考生熟悉并掌握的物體運動，通常是勻速直線運動、勻變速直線運動、拋體運動、圓周運動、簡諧運動與波動。我們在此將它稱為運動的“元”運動。實際物體的運動往往包含這些“元”運動的一種或幾種。因此在研究實際物體的運動問題時，常將物體的實際運動拆分成以上幾種“元”運動，再利用自己所掌握的“元”運動知識解決實際問題。如帶電粒子在電場中的加速與偏轉運動，可拆分為勻加速直線運動和拋體運動規律；帶電粒子在電磁場中的運動，常被拆分為勻速或勻變速直線運動、拋體運動及圓周運動等等。

三、復雜的問題建構簡單化模型

所謂復雜問題，就是在課堂教學過程中，所遇到的一種探索語境中提出的沒有預設答案的問題。該問題的內容要求學生歸納，問題的答案要求學生做出更深的解釋，或做出進一步的澄清，或提供更多的依據；并且作為一系列問題的一部分，逐步建立認識層次更高、更復雜模式及抽象理論的問題。

所謂復雜問題的簡單化，就是將一個復雜的問題轉化成若干個學生熟悉的具體例子、場景或物體，以便學生能回憶并運用與相關的知識，解決復雜問題的每一個小問題，從而使復雜問題得到解答的過程，如新課程標準所研究的行星運動的問題。希臘人為了解釋行星的逆行，提出了一個理論。這個理論認為每個行星都沿本輪運動，本輪的圓心又繞地球做均輪運動。而這個本輪與均輪還不能十分準確地解釋行星的運動，于是又引入“偏心點”和“偏心等距點”等復雜的概念。但所有這些運動的描述均不符合科學家所追求的簡潔性原則，于是將行星運動簡化成橢圓運動，并進一步簡化成勻速圓周運動處理。

四、陌生的問題用類比化方法建構模型

所謂陌生的問題，就是事先不知道，沒有聽說或沒有看見過的，生疏的問題。陌生問題的類比化就是每當我們遇上很陌生的問題時，就應思考該問題的運動規律或相互作用是否與我們熟悉的運動規律或相互作用相同或相似。從而找到解決問題的思路與方法，如在探究物體在容器中做彈性碰撞的平拋運動規律時，發現與光的反射規律相同。在探究兩點電荷間的相互作用規律時，發現它們的相互作用規律與萬有引力相似等等。

五、原始的問題用提煉化方法建構模型

原始問題是指主要來自真實生活情境，且對現象的描述是原始的和趣味的，能引發思考與探索，但沒有設定的已知條件和唯一答案，從而使問題的解決具有發散性和不可預測性。原始問題的抽象化是指將自然界及社會生活、生產中客觀存在、能夠反映科學概念、規律本質且未被加工的典型科學現象和事實經過人為提煉、簡化、分解的過程。這種解決問題的思維能力越來越引起教育家的高度重視，并在歷年的高考及高校自主招生命題中呈現。如原始問題：一些人認為嬰幼兒由成人抱著坐在汽車里是很安全的，現在請你估計一下，一次發生在很短時間的撞車中，需要多大的力才能抱住嬰幼兒？這類問題由于缺少已知條件而使學生感到困難重重。但如把該問題提煉成：嬰幼兒由成人抱著坐在汽車里也是很不安全的。請計算：一次發生在0.1s的撞車中，若撞車前車速為60Km/h，那么你需要多大的力才能抱住10Kg的嬰幼兒時，絕大多數學生就迎刃而解了。

六、開放的問題用適度化方法建構模型

開放性問題，簡言之就是信息不完備、目標不確定或解題策略不唯一的問題，也可以理解成答案不確定、不唯一的問題?？梢姡_放性問題留給學生更多的思維方向和想象空間。這里的開放主要體現在問題結構開放、問題解決結果開放、解決問題時的思路開放及涉及的知識或方法對解題的開放。因此將開放的問題適度化就是要求學生根據自己的實際情況，運用自己最熟悉的知識與方法去解決問題。例如：1789年，英國物理學家首先估算出了地球的質量。根據你學過的知識，能否估算一下地球的質量為多少？

此題目的目標是求地球的質量，但沒有給出相關信息。需解題者根據自己的實際補充相應條件后給予解答。所選擇方案有：如依M=■πr3ρ時，需補充地球的密度與半徑；如依mg≈G■解答時，需要補充地球的半徑與重力加速度；如依月球繞地球運動時規律G■=m■解題時，需補充月球的周期與月地間距；當然也可以利用同步衛星運動規律解題。此問題的起點是開放的，解答策略也是開放的，而解答者可以根據自己的實際情況而適度縮小解題思路。

總之，本人僅從實際物體抽象化、運動過程標準化、復雜問題簡單化、陌生問題類比化、原始問題提煉化、開放問題適度化等角度介紹如何培養學生的“物理建?！彼季S的相關方法。但是，鑒于科學活動的復雜性和多樣性，以上的“物理建?！彼季S方法仍存在一定的局限性，還需要學生結合實際，不斷總結與探索，本著從特殊到一般或一般到特殊的思維方法去領悟、創新。

參考文獻：

［1］普通高中課程實驗教科書：物理必修2.人民教育出版社，2010.

［2］王力邦.中學物理教師的學習與思考.科學出版社，2009.

［3］廖伯琴.中學物理課程改革的目標與實施.高等教育出版社，2003.

［4］中華人民共和國教育部.高中物理課程標準（實驗）.北京師范大學出版社.

（作者單位 深圳華僑城中學）