建模思想在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

李闊

【摘要】本文主要介紹建模思想在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用策略，包括打造貼近生活的物理模型、引導(dǎo)學(xué)生合理使用數(shù)學(xué)工具、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)思維以及通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生操作能力等.這些策略有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和探究興趣，提高其學(xué)業(yè)水平和綜合素質(zhì)，并為今后的科研和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

【關(guān)鍵詞】高中物理；建模教學(xué)；課堂教學(xué)

建模思想是現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的重要基石之一，它通過(guò)將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，使得對(duì)物理現(xiàn)象的研究變得更加深入和系統(tǒng).在高中物理教學(xué)中，應(yīng)用建模思想可以幫助學(xué)生更好地掌握物理學(xué)知識(shí)，提高其解決問(wèn)題的能力，并培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)思維.在高中物理教學(xué)的過(guò)程中，可以通過(guò)建立貼近生活的物理模型、引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行模型建立和解決問(wèn)題等策略，可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理知識(shí)，提高其創(chuàng)新能力.同時(shí)，教師在物理教學(xué)中需要具備豐富的物理知識(shí)和建模思想，并關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力.

1 建模思想的概述與內(nèi)涵

建模思想是指將現(xiàn)實(shí)世界的事物抽象成為形式化的數(shù)學(xué)模型，以便對(duì)其進(jìn)行研究和分析的思維方式.它主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）抽象和簡(jiǎn)化.建模思想首先要求將現(xiàn)實(shí)世界的事物進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化，去除其中的復(fù)雜性、不確定性和隨機(jī)性等因素，從而將其轉(zhuǎn)化為符號(hào)、變量或者函數(shù)等形式化的描述.

（2）系統(tǒng)性和整體性.建模思想的另一個(gè)核心就是系統(tǒng)性和整體性.建立模型需要考慮到事物的各種屬性和規(guī)律，同時(shí)也要充分考慮各個(gè)子系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系，并將它們綜合起來(lái)，形成完整的系統(tǒng)模型.

（3）數(shù)學(xué)工具和方法.建模思想也需要運(yùn)用數(shù)學(xué)工具和方法，例如線性代數(shù)、微積分、概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)等，對(duì)模型進(jìn)行描述、分析和求解.

（4）模型驗(yàn)證和修正：建模思想還要求對(duì)建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正.模型的有效性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察數(shù)據(jù)和比較方法等手段進(jìn)行檢驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)模型不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)實(shí)際情況，就需要對(duì)模型進(jìn)行修正和調(diào)整.建模思想是一種強(qiáng)調(diào)抽象、符號(hào)化和形式化的思維方式，它可以幫助人們深入理解事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值.在不同的領(lǐng)域中，如自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用.

2 高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想的重要性

第一，物理學(xué)是一門抽象的科學(xué)，它需要通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀察和分析來(lái)得出規(guī)律.但是對(duì)于高中生來(lái)說(shuō)，他們可能無(wú)法真正理解這些抽象的概念和公式.引入建模思想可以將這些抽象的概念轉(zhuǎn)化為可視化的形式，并使學(xué)生更好地理解和掌握物理知識(shí)，提高其物理學(xué)習(xí)效果.

第二，建模思想注重從現(xiàn)實(shí)世界中抽離問(wèn)題、形成簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)描述，從而讓學(xué)生更好地理解事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律.在建模過(guò)程中，學(xué)生需要運(yùn)用數(shù)學(xué)工具，如函數(shù)、微積分等，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和求解.這些方法也可以幫助學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力.

第三，建模思想需要運(yùn)用到數(shù)學(xué)工具和方法，例如線性代數(shù)、微積分、概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)等，對(duì)模型進(jìn)行描述、分析和求解.在物理教學(xué)中，這些數(shù)學(xué)知識(shí)也同樣重要.通過(guò)建模思想，可以讓學(xué)生更加深入地理解和掌握數(shù)學(xué)知識(shí).

第四，從現(xiàn)實(shí)問(wèn)題中抽象出數(shù)學(xué)模型是一種普遍的科學(xué)研究方法.在物理教學(xué)中運(yùn)用建模思想可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于科學(xué)研究方法的重視與理解，引導(dǎo)他們積極參與物理科學(xué)的研究方向和問(wèn)題，并提高他們?cè)谖磥?lái)研究中的創(chuàng)新能力.在高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想具有重要意義，它可以提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，加深對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解，推動(dòng)物理學(xué)科的發(fā)展.因此，將建模思想融入高中物理教學(xué)中，將對(duì)學(xué)生產(chǎn)生顯著的、長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響.

3 高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想的有效策略

3.1 建立貼近生活的物理模型

建立貼近生活的物理模型是高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想的重要策略之一，在教學(xué)中，可以選取一些具有代表性和實(shí)用性的案例，如自行車、電梯、摩托車等，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，設(shè)計(jì)和構(gòu)建相關(guān)的物理模型.

首先，教師可以通過(guò)討論和提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析，確定模型所需考慮的因素，并搜集并組織相關(guān)數(shù)據(jù).學(xué)生可以根據(jù)提供的案例，自己進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)和構(gòu)建.

其次，在教學(xué)過(guò)程中，可以引用一些圖像或視頻資料，以便更好地讓學(xué)生理解實(shí)際問(wèn)題.例如，對(duì)于自行車的模型，可以使用一些動(dòng)畫來(lái)展示相關(guān)的物理規(guī)律，讓學(xué)生更加生動(dòng)形象地感知這些概念.在構(gòu)建物理模型時(shí)，需要運(yùn)用到一些數(shù)學(xué)工具，如函數(shù)、微積分等.此時(shí)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生了解并合理運(yùn)用這些工具，以便更好地解決實(shí)際問(wèn)題.貼近生活的物理模型可以幫助學(xué)生更好地理解抽象的物理概念和公式，加深對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，提高其物理學(xué)習(xí)效果.因此，在高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想時(shí)，打造貼近生活的物理模型是非常必要和有效的策略之一.

3.2 引導(dǎo)學(xué)生合理使用數(shù)學(xué)工具

引導(dǎo)學(xué)生合理使用數(shù)學(xué)工具是高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想的另一個(gè)重要策略.在教學(xué)中，教師應(yīng)對(duì)數(shù)學(xué)工具進(jìn)行基本介紹，讓學(xué)生了解函數(shù)、微積分等數(shù)學(xué)工具的基本概念和應(yīng)用場(chǎng)景.教師可以通過(guò)具體案例來(lái)闡述數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用.例如，運(yùn)用函數(shù)和微積分工具，設(shè)計(jì)自行車行駛過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方程式，讓學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)工具在物理建模中的作用.

在物理建模中，量綱分析是非常重要的一部分.教師應(yīng)該讓學(xué)生明白量綱分析的概念和應(yīng)用，并指導(dǎo)學(xué)生如何使用量綱分析來(lái)分析物理問(wèn)題，避免出現(xiàn)量綱不一致的錯(cuò)誤.教師應(yīng)該多提供豐富的模型求解實(shí)例，讓學(xué)生能夠熟練掌握數(shù)學(xué)工具的使用方法，進(jìn)而更好地解決相關(guān)物理問(wèn)題.教師還需要鼓勵(lì)學(xué)生自主探索數(shù)學(xué)工具的使用方法，并讓學(xué)生通過(guò)實(shí)踐操作來(lái)鞏固所學(xué)知識(shí).此外，在講解數(shù)學(xué)工具時(shí)，教師還可以提供一些練習(xí)題和模型建立案例，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成，以便更好地鍛煉其能力.

合理使用數(shù)學(xué)工具是高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想的重要策略之一.通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生了解數(shù)學(xué)工具的基本概念、提供具體案例、強(qiáng)調(diào)量綱分析、提供豐富的求解實(shí)例及鼓勵(lì)學(xué)生自主探索等方式，可以幫助學(xué)生更好地掌握數(shù)學(xué)工具，并將其運(yùn)用到物理建模和實(shí)際問(wèn)題的求解中.

3.3 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)思維

首先，在物理建模過(guò)程中，學(xué)生需要通過(guò)自己的思考和創(chuàng)新來(lái)構(gòu)建模型、選擇變量并進(jìn)行求解.因此，教師應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生在建模過(guò)程中的創(chuàng)新意識(shí)，并鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)新的案例或改進(jìn)現(xiàn)有的模型.

其次，教師需要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)際問(wèn)題提出相應(yīng)的問(wèn)題和假設(shè).這需要學(xué)生具備科學(xué)思維.為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度分析問(wèn)題，提出具體問(wèn)題和相關(guān)假設(shè)，以便更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證.

再者，在建模過(guò)程中，學(xué)生需要自主探究和解決問(wèn)題.因此，教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生積極尋找信息、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)、參加學(xué)術(shù)活動(dòng)等方式來(lái)增強(qiáng)其探究能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)思維能力.在此基礎(chǔ)上，教師應(yīng)該針對(duì)不同學(xué)生的實(shí)際情況提供適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)和支持.對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生，可以提供更加復(fù)雜的問(wèn)題和案例，以激發(fā)其創(chuàng)新意識(shí)；對(duì)于能力較差的學(xué)生，則應(yīng)該給予更多的指導(dǎo)和支持，以便其逐步熟悉建模思想.

最后，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，教師也可以鼓勵(lì)學(xué)生參與科技創(chuàng)新活動(dòng)，比如發(fā)明創(chuàng)新大賽、科技論文競(jìng)賽等.這種方式不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)思維能力，還能夠提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的積極性和熱情.在高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)思維能力是非常重要的策略之一.通過(guò)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在建模過(guò)程中的創(chuàng)新性、鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題和假設(shè)、推崇自主探究、提供適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)和支持，以及鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)等方式，可以有效地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維水平.

3.4 通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生的操作能力

通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生的操作能力是高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想的另一個(gè)有效策略， 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生操作能力的重要途徑之一.在物理建模中，學(xué)生需要根據(jù)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集，因此教師應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)記錄以及數(shù)據(jù)處理等方面的基本技能.小組合作可以有效地促進(jìn)學(xué)生間的交流與協(xié)作，提高其操作能力.在物理建模中，可以開(kāi)展小組案例設(shè)計(jì)、模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)處理等活動(dòng)，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，從而進(jìn)一步提高其操作能力和解決問(wèn)題的能力.

除了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和小組合作，還可以通過(guò)其他形式提供實(shí)踐操作機(jī)會(huì).例如，可以讓學(xué)生編寫程序或者利用一些工具來(lái)幫助他們分析和解決問(wèn)題，從而提高其操作能力和創(chuàng)新能力.此外，參加科技競(jìng)賽也可以鍛煉學(xué)生的操作能力.通過(guò)科技競(jìng)賽，學(xué)生可以動(dòng)手實(shí)踐、探索科學(xué)問(wèn)題，提高其操作能力和創(chuàng)新能力.激發(fā)學(xué)生的興趣是提高操作能力的關(guān)鍵.教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用自己的知識(shí)和技能去解決一些感興趣的問(wèn)題，以學(xué)生的實(shí)踐操作能力和解決問(wèn)題的能力.在高中物理教學(xué)中應(yīng)用建模思想時(shí)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生操作能力是非常重要的策略之一.通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、小組合作、提供實(shí)踐操作機(jī)會(huì)、鼓勵(lì)學(xué)生參與科技競(jìng)賽以及激發(fā)學(xué)生的興趣等方式，可以提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力，并促進(jìn)整個(gè)學(xué)科的發(fā)展.

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，建模思想在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用是非常重要和必要的.通過(guò)應(yīng)用建模思想，可以幫助學(xué)生更好地理解抽象的物理概念和公式，激發(fā)對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，提高其物理學(xué)習(xí)效果，并且為今后的科研和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).在實(shí)際操作中，應(yīng)該采取多種策略，包括建立貼近生活的物理模型、引導(dǎo)學(xué)生合理使用數(shù)學(xué)工具、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)思維，以及通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生操作能力等.這些策略不僅能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和探究興趣，同時(shí)也能夠促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展和素質(zhì)提升.教師們?cè)谶M(jìn)行高中物理教學(xué)時(shí)，應(yīng)該注重應(yīng)用建模思想，靈活運(yùn)用各種策略，創(chuàng)新教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣和實(shí)踐能力，為學(xué)生的未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1]王光賀.探析信息技術(shù)與高中物理教學(xué)的深度融合[J].廣西物理，2022，43（04）：202-204.

[2]李金秀，楊曉輝，劉瀚文.面向高中生物理模型建構(gòu)能力提升的教學(xué)探析[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，38（09）：110-114.

[3]鄭裕明.聚焦核心素養(yǎng)的高中物理牛頓運(yùn)動(dòng)定律教學(xué)[J].廣西物理，2022，43（03）：165-167.

[4]賀永霞.探討關(guān)于高中物理教學(xué)模式和方法的創(chuàng)新[J].廣西物理，2022，43（03）：192-194.

[5]王安民，張正嚴(yán)，劉安巍.高中生模型建構(gòu)能力測(cè)評(píng)框架構(gòu)建[J].課程·教材·教法，2022，42（07）：132-139.