高中物理建模能力的培養

劉 娥

(山東省文登第一中學 264400)

高中物理是高中教育中難度較大的課程之一，復雜的公式，抽象的概念讓眾多學生頭疼不已，也給教育者提出了嚴峻的挑戰.簡單的說教式教育很難將復雜的問題講解清楚，學生往往難以理解，不能達到學以致用的效果，而物理模型的構建則可以彌補這一不足.通過將復雜的實際問題轉變為合理的物理理想情境，從而將實際問題簡化成具有規律性的物理問題加以解決.物理模型的構建不僅有利于學生接受復雜的課程內容，同時可以培養學生解決世界問題的能力，做到學以致用.

一、高中物理中常見的物理模型

根據高中物理的教學內容，常用的物理模型主要由以下幾種：

1.對象模型：指用來代替實物的理想化物理模型.由于實際情況具有復雜性，因此在應用物理知識探究實際問題時常常利用對象模型將其轉化為理想狀態或可忽略次要條件的抽象模型，諸如理想氣體、質點、點電荷、彈簧振子、單擺等.

2.條件模型：這種物理模型是通過將研究對象的主要條件理想化而形成的.通常利用該種模型忽略研究對象的部分條件來使問題簡單化.常見的條件模型有：表面光滑、桿或繩的質量忽略不計、勻強電場磁場等.

3.過程模型：用于研究物體的變化過程所構建的物理模型.將現實物體狀態的變化過程簡化為理想的物理情況，例如，研究質點的勻速、勻變速直線運動，自由落體運動；研究理想氣體的等溫、等體、等壓變化等.

4.理想實驗模型：實際實驗往往受現實條件限制，理想實驗模型就是將實際限制條件理想化而構建的實驗模型，常見的有假定無摩擦阻力、真空條件等.

二、構建物理模型的重要性

物理模型在物理教學中扮演者至關重要的角色，首先，物理模型的建立可以簡化問題，并利用簡單的形象展示出問題的本質.中學物理中有許多抽象的物理問題，學生往往難以理解和想象，只通過字面和口述接收的信息讓學生感覺像是在聽“天書”，這對于教學的進展十分不利，同時也打擊了學生學習的積極性，使學生對物理課程產生抵觸情緒.而物理模型的構建使學生可以更直觀的了解問題根源，理解物理原理，有助于學生對課程內容的學習和接受，也有利于教學活動的開展.

其次，構建物理模型可以培養學生思考問題的思維方式，在遇到問題時不是簡單的憑空想象，根據自己不足的經驗推斷問題結果，而是學會簡化問題，過濾到次要條件，在可以接受的范圍內，將實際問題精煉成簡單的理想情景，從而得到與實際情況類似的科學結果.有利于提高學生解決問題的能力，一方面在現實生活中可以利用學到的物理知識解釋事物的原因，解決遇到的問題，另一方面，將構建簡單模型的思維應用于生活學習當中，做到學以致用.

三、如何培養學生的建模能力

要培養學生構建物理模型的能力，首先要培養學生的經典物理的思維方式.在高中物理課程的教學過程中，要將課程內容與實際生活相結合，使物理知識的學習深入學生的日常生活當中，學生在日常生活中遇到相似的情況便會自然而然的聯系到高中物理的課程內容，不僅可以鞏固學習的知識，同時，課本內容與現實生活的結合更有利于引起學生的學習興趣，使學生學以致用.借助生活中的物理現象，學生會很快形成物理思維方式，嘗試用物理解釋實際現象，而進一步，解釋的方法便是物理模型的構建.

為了讓學生可以靈活地構建物理模型，必須要讓學生先掌握高中物理中常見的物理模型.這就要求教育者在日常的課堂教學上突出模型的構建，而不僅是將物理模型作為教學的方法.首先，可以將課程中的問題根據所用的物理模型種類不同歸類，培養學生將物理問題根據建模需求分類，然后再從歸屬類別中尋找合適的模型.此外，還需要對學生的建模能力進行鍛煉，通過提出問題，讓學生快速找到分類并構建出合理的物理模型，不需要對問題進行進一步解算，而是讓學生解釋模型的選擇和構建的原因和原理.以這種方式對學生的建模能力進行專項培養，不僅可以提高學生對物理模型的了解和掌握，還可以鞏固理論知識，強化學習內容.

在培養學生構建物理模型能力的過程中，需要同時注重對學生創新思維的培養.傳統的物理模型是多年來經典物理中延續下來的，雖然精煉科學，但缺乏時代感.在對學生進行建模能力培養時，應引導學生創新，啟發學生構建新的物理模型并講解自己如此構建的理由，可以在課堂組織討論，由學生和老師點評創新模型的優缺點.學生所構建的模型雖然不一定比傳統模型好，但可以激發學生的創新能力，師生之間相互討論也可以達到互相啟發的效果，從而對自己的模型進一步完善，構建出更貼合實際或更簡潔易行的物理模型.不僅有利于學生創新思維的形成，還可以活躍課堂氣氛，培養學生自主學習的積極性.

高中物理教學一直以來都是中學教育的難點，學生對復雜的物理問題往往難以接受，物理模型的構建可以幫助學生理解和解決物理問題，同時可以指導學生利用物理知識解決實際問題.物理建模不能僅僅作為高中物理的教學方法，而是應該作為一種研究思維傳授給學生.在對學生的建模能力培養的同時，也會激發學生的學習興趣，提高學生學以致用的能力，使高中物理課程更具教育意義.