培養(yǎng)學生物理建模能力的實踐(共5頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上在教學實踐中培養(yǎng)學生建模能力常州市武進區(qū)禮嘉中學 吳業(yè)庭內容摘要：物理學中有很多經典模型，它是科學家經過多年研究總結的智慧結晶，學生在學習過程中要理解這些模型，并在具體的問題情景中建立模型，提高解決問題的能力。教師在教學實踐中應充分重視學生建模能力的培養(yǎng)。關鍵詞：模型 實踐物理課程標準是指導中學物理教師組織教學的依據(jù)，標準中明確指出學生“具備一定的質疑能力，信息收集和處理能力”，物理學中有很多經典模型，它是科學家經過多年研究總結的智慧結晶，學生在學習過程中要理解這些模型，并在具體的問題情景中建立模型，提高解決問題的能力。教師在教學實踐中應充分重視學生建模能力的培養(yǎng)。物

2、理模型法是物理學中最常見、最重要的科研方法之一。物理學家和科研工作者的方法之一就是建立模型、應用模型、在應用模型的過程中逐步完善模型。中學物理教科書中的模型，是物理學家的研究成果，是中學生需要認識的對象。中學生的建模能力是指學生在掌握物理基礎知識的前提下，在對物理問題進行本質特征分析基礎上，建立合理物理模型，并能對物理問題進行模型的識別和再現(xiàn)，進而解決物理問題的能力。下面是我多年教學實踐中對學生建模能力培養(yǎng)的一些實踐體會：一、 教學中培養(yǎng)學生物理建模能力的一般流程建立物理模型、識別物理模型和應用物理模型這三個階段是相輔相成，相互滲透的，對學生物理建模能力的培養(yǎng)是必不可少的。在高中階段，物理建模

3、能力的訓練主要體現(xiàn)在兩方面：一是融合在物理概念、定理和定律等新知識點的學習中，另外就是在相應的習題訓練中提高學生的建模能力。二、教學實踐中培養(yǎng)學生物理建模能力1建立物理模型能力的教學實踐物理學中的知識都是通過適當建模獲得的，教學實質是物理模型的教學，熟悉并掌握這些常見的物理模型是提高物理建模能力的基礎。高中物理中出現(xiàn)的質點、輕質繩、彈簧、點電荷、理想氣體、原子核式結構勻速直線運動、勻加速直線運動、簡諧振動等理想化模型，它們不僅是重要的教學內容，也是指導學生掌握建模的一般方法的好素材。教學中，充分展示每一物理量引入的原因、得出的過程、它和要解決的問題是如何關聯(lián)在一起的，使學生準確、全面地把握其物

4、理意義；利用物理實驗引導學生去探究發(fā)現(xiàn)，利用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等現(xiàn)代教育技術手段再現(xiàn)知識發(fā)生發(fā)展的變化過程，這樣就可以降低學生學習的難度，并將物理學研究問題的方法和物理思想寓于情景的建立和分析過程中，促進學生開展分析問題的思維活動，自然地悟出其中的道理和規(guī)律。在潛移默化的過程中，學生逐漸掌握分析物理過程、建立正確物理情景和模型的一般方法，從而建立出準確的物理模型。在電場強度這一概念的教學中，首先拋出問題：如何描述電場中各點力的性質？從而引出電場強度這一概念；接著介紹得出這一概念的過程：為了研究這一問題，需借助試探電荷受力來分析（將同一試探電荷放在電場中不同點，研究其受力情況；再將不

5、同電荷放入電場中同一點，研究其受力情況?？偨Y規(guī)律得出場強的定義）；最后說明它是如何反映電場中各點力的性質的，使學生準確、全面地把握其物理意義。教學中必須強化學生的模型意識，使學生知道我們在物理學中研究的是理想模型、是對客觀世界的概括、理想化，它能起到排除次要因素、簡化研究對象的作用。在每一概念、定律的學習過程中，都要通過與學生的共同討論，明確它是適用于什么樣的物理模型，在什么樣的條件下才有這樣的模型；每一個模型建立的基礎是什么，條件做了哪些理想化，具有什么特點。同時要比較這一模型與實際情況的區(qū)別。因為物理模型是從大量實際現(xiàn)象中總結、抽象出來的，因此，一個物理模型通常對應了大量的客觀問題，當我們

6、遇到新的物理情境，但卻是舊的物理模型時，要特別注意將它講清楚，使新問題納入舊模式中。學生通過這樣不斷的同化順應同化，認識不斷提高，最終對物理模型的理解才能不斷地提高、深化、豐富，才能實現(xiàn)所謂的“將一本厚的書讀薄，再將這薄的書變厚”。2識別物理模型能力的教學實踐在解決實際問題過程中，能夠迅速準確地識別出題中涉及的物理模型，并應用相應的物理原理及規(guī)律，是問題能否得以順利解決的關鍵。這種識別模型的能力必須通過實際的培養(yǎng)和訓練才能掌握。首先在物理課上，練習中遇到與模型有關的問題時，要讓學生明白建立模型對解決問題所起的作用，體會建立物理模型在物理學理論發(fā)展過程中的意義。如圖勁度系數(shù)為k的彈簧一端固定于墻

7、壁，另一端連著質量為M的物體，物體靜止于光滑水平面的O點上，先有一質量為m的子彈以水平速度v0射進且留在物體中，試問最少需要多少時間物體又到達O點？物體的最大位移是多少？此題對象比較多，有墻壁、彈簧、物體、子彈，應以什么物體為研究對象呢？可以通過如下的設問啟迪學生思維：（1）子彈射入物體的過程做什么運動？能否把子彈看成質點？為什么？（2）從子彈開始射進物體到停留在物體中這一過程時間如何？在此過程中，彈簧的形變怎樣？（3）這一過程可以取什么為研究對象？建立怎樣的物理模型？為什么？（4）以后應取什么為研究對象？此對象做什么運動？可以建立怎樣的物理模型？為什么？通過對問題的思考，領悟到子彈射入物體的

8、過程轉動可忽略，認為子彈射進物體的過程為平動，建立質點系統(tǒng)模型，子彈從開始射進物體到停留在物體中這一過程時間極短，彈簧的形變微小到可以忽略，在此過程中，可取子彈和物體組成的系統(tǒng)為研究對象，沿水平方向系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)的變化為完全非彈性碰撞，從而可建立完全非彈性碰撞過程模型。系統(tǒng)動量守恒，mv0（mM）v。又系統(tǒng)獲得速度v的過程很短暫，它們的位移微小到可以忽略，故可以認為系統(tǒng)雖已具有速度v但還處在平衡位置O點處。此后，選取子彈、物體和彈簧組成的系統(tǒng)為研究對象，忽略彈簧質量、空氣阻力與摩擦力，建立彈簧振子模型；振子從平衡位置O處以速度v向左運動的過程，滿足簡諧運動模型。故由簡諧運動周期公式使

9、問題得以解答。其次建立物理模型必須與所研究的問題相對應。同樣一個物體，在研究不同問題時，對它所建立的物理模型不同。3應用物理模型能力的教學實踐物理模型是有限的，而客觀事物是無限的，特別是中學物理，就需要學生對舊模型進行轉換、遷移、虛擬、發(fā)掘題型的物理內涵，以創(chuàng)造新的或復合的模型來解決相對比較復雜的實際問題。為達到這個目標，需設計出有一定針對性的補充強化練習，這類練習應經過精心挑選，既要反映基本概念、基本規(guī)律，又要能適應不同的學生的要求，以便學生對模型的內涵能真正的理解，最終實現(xiàn)提高學生自主學習、探究問題的能力的目標。在建立了完全非彈性碰撞的模型后，為了培養(yǎng)學生完全非彈性碰撞的模型的遷移能力，可

10、以通過如下問題進行訓練：（1）如圖所示，質量為M的滑塊，靜止在光滑的水平桌面上，滑塊的光滑弧面與桌面相切，一個質量為m的小球以v0的速度向滑塊滾來，設小球不能越過滑塊，則小球達到最高點時，小球的速度大小為多少？（2）如圖所示，質量為M的平板車B靜止在光滑的水平面上，另一質量為m的物體A以水平速度v0滑上平板車的左端，如果物體A不會從平v0圖3板車B的另一端滑下，求平板車的最大速度？通過交流、討論，讓學生對完全非彈性碰撞模型的特征及其相關的物理規(guī)律了如指掌，解決問題時完全可以達到觸類旁通的境界，學生對建模的興趣和積極性也就被激發(fā)出來。三、培養(yǎng)物理建模能力的教學實例在高中階段，建模能力的訓練主要體

11、現(xiàn)在兩方面：一是融合在物理概念、定理和定律等新知識點的學習中，另外就是在相應的習題訓練中提高學生的建模能力。為此，筆者以彈性碰撞模型為例安排了一系列練習（部分）:模型一、子彈木塊模型說明1：摩擦力×相對路程=系統(tǒng)產生的熱說明2：摩擦力×對地位移=物體的動能的變化量說明3：應用完全非彈性碰撞規(guī)律（一般情況下，系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)動能變化量等于系統(tǒng)產生的熱）1、如圖所示，在光滑水平面上靜止地放一長L、質量M的木板，在金屬板上有一質量m的小鉛塊，鉛塊與金屬板間的動摩擦因數(shù)，現(xiàn)讓鉛塊在木板上從A端以速度v0開始運動，恰好運動到木板的右邊緣相對木板靜止，此時木板的位移為S。求：（1）上

12、述過程中摩擦力對鉛塊所做的功；（2）上述過程中摩擦力對木板所做的功；（3）上述過程中摩擦力做功產生的熱；模型二、弧體模型說明1：一般系統(tǒng)動量守恒；系統(tǒng)機械能守恒說明2：系統(tǒng)動能變化量等于重力勢能變化量說明3：應用完全非彈性碰撞規(guī)律、彈性碰撞規(guī)律、反沖規(guī)律如圖17所示，小車的質量M4千克，車內壁ABC部分其截面為一光滑半圓，半徑R25米、車的左側緊靠墻壁，車與地面摩擦不計。質量m=1千克的小球從距車上A點正上方的高度為R的D點沿車內壁滑下（g取10米秒2）。求：（1）小球經過C點時的速度；（2）小球能到達的高度（相對C點）四、教學思考通過培養(yǎng)學生物理建模能力，可以使學生獲得以下收益。1、體驗探究

13、過程物理概念是人類在探索物理世界的過程中，在大量觀察、實驗的基礎上，運用邏輯思維的方法，把物理現(xiàn)象、物理過程的本質屬性加以抽象、概括形成的。作為物理理論體系的基本元和基本思維方式，物理學家借助于物理概念建立起“假說物理模型測量證實”的物理科學體系。所以，物理概念的建立是人們認識物理規(guī)律的起點，是探索物理世界的科學方法的基礎，是解決物理問題的鑰匙。2、掌握研究方法通過對物理模型的建立過程的講解，了解物理學的理想化的研究方法，并嘗試在日常生活中討論有關科學問題時，應用這種方法去思考和分析問題。物理模型不僅反映了原型的直觀形象，也反映了原型的主要特征，抓住了影響問題的主要因素，雖然我們在建立物理模型的過程中略去了許多次要因素的影響，但這并不會影響物理模型的科學性。3、提高學習興趣在中學物理的教學中利用物理模型進行教學，可以人為地排除對于認識當前對象無關的因素，便于突出對象的一些本質因素，使學生能盡快地了解物理現(xiàn)象，掌握物理規(guī)律。在中學物理教學中以建立物理模型、研究物理模型為中心展開，可以使學生了解物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程及研究方法，有利于培養(yǎng)學生的研究能力，提高他們分析問題能力、抽象思維能力、邏輯思維能