前言:就物理学而言,这门课程的重点在于研究事物的运动规律和本质属性,并且以整体的大自然为研究目标,根据已有的概念和规律进行有目的的探索。因此,对于高中阶段的学生来说,要学好物理,除了要有一定的物理概念、规律和科学的学习方法之外,还要有较强的逻辑推理与分析能力。但是,从当前的情况来看,大多数高中生的知识水平和能力都有待提高,另外,由于物理的一些内容比较抽象,所以对学生来说比较难学。针对这种情况,在课堂上,物理老师要让学生们对研究目标的特殊性进行分析,并构建相应的物理模型,以此来增强学生的物理建模意识和培养学生的能力,为学生以后的物理学习打下坚实的基础。
一、物理模型的概念及分类
在研究的问题比较复杂的时候,可以将第二要素忽视掉,抓住最重要的要素,以此来凸显问题的基本特性,把问题的实质特性给提炼出来,然后把问题的一个理想的模型给提炼出来,而这个理想的模型就是一个实际的模型,其构建的过程被称为一个模型。
物理模型——通常被划分为对象模型,状态模型,流程模型.
物体模型就是忽视了次级要素,把握了重要的要素,凸显了重要的特性,并将对问题的解决有帮助的部件进行了分割,从而构成了一个实体模型,一般的物体模型包括:质点,点电荷,点光源,光的绳子,光棒,经弹簧,经泪轮,弹簧振子,弹性小球,理想气体,光泪斜面,光滑轨道,均匀介质,理想变压器,匀强电场,匀强磁场等等。
流程建模是指在对一个复杂的物理过程进行研究时,按要求忽略次要因素,抓住主要因素,从而构建符合科学研究进程的理想模式。比如,在研究运动的时候,可以抽象出匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速因周运动、自由落体运动、平抛运动、斜抛运动、简谐振动等。
二、高中物理建模的意义
在解题时,要指导学生建立与现实相联系的物理建模方法。把一些抽象的物理定律用具体的图形表示,是使人们把抽象的思想可视化的一种行之有效的方式。比如,在求解匀速圆周运动和抛体运动等运动问题时,可以用可视化的图形进行建模,从而达到提高求解速度的目的。在高中物理课堂上,大多数的物理建模都是基于现实问题而抽象出来的,但与真实的模型并不完全一致。物理模型更强调的是概括性和抽象性,因此,老师们要在课堂上起指导的角色,让他们对物理模型有一个很好的掌握,从而真正地学会运用知识。为此,在物理教学中,应从建立物理建模的角度,对一些较难的物理问题加以归纳、归纳。其次,要建立简明清晰的物理建模,使问题变得简单。通过这种方式,既可以拓宽学生的物理学眼界,扩展学生的物理学思想,使学生的物理学建模的技能得到加强,同时也可以激起学生的学习兴趣,增加学生的自信,从而使学生的教学效果得到改善。
四、高中生物理建模能力培养的策略
(一)以示意图的方式培育学生物理建模意识和能力
将物理课程用原理图的形式来讲解,既能使学生在头脑中建立起更为形象的物理模型,又能加深对物理的认识和理解。比如,高中物理老师在讲授牛顿定理时,可以这样提问:“一部轿车载着同样质量的另一件物品 B,当它沿着一条笔直的公路以12米/秒的速度前进时,它受到的阻力与车辆的质量呈比例关系。在 t时,对象 b发生了脱离状态,并且以加速度 a=2米/秒滑动,而驾驶员直到对象脱离 t=3秒之后,才察觉到并实施了制动,此时制动阻力为行进的三倍,若在制动前拉力保持不变,则车辆 a和物品 b停止后双方之间的距离为多少?”在遇到这个问题的时候,学生无法进行有效的分析和建模,此时就要求老师把这些复杂的问题用图表的形式转化成图表,让学生们能够更好地理解车辆和物品的运行过程,并消除不必要的影响因素,构建合适的物理模型。同时,在使用图表的方法进行教学时,老师要给学生一些思考的余地,允许他们自己去建构一个物理模型,如果需要的话,可以给他们一些建议,在他们完成了这个模型之后,老师要认真地对他们进行评价,帮助他们完善这个模型,从而使他们能够更好地培养他们的物理建模意识和能力。
(二)培养学生严谨的物理逻辑思维
高中物理试题侧重于考查考生的综合运用能力,一道大题通常都是几个小问题组成的。在解题过程中,常出现“套式”解题方法,但在解题过程中,“套式”思想在解题中很难体现出来。所以,在进行思维扩展的时候,老师要重视对学生的逻辑思维能力的训练,不要仅仅把物理知识作为一个独立的知识点来看待,要把各个知识点进行有机的联系。
比如,假设一辆正在前进的单车停在一辆轿车前面,此时,单车以18米/秒的时速追着前面的单车,若两者是同向移动,那么(1)它们首次见面所用的时间;(2)车辆在与单车相撞后立即制动,制动速度为2米/秒,此时双方重新碰面所用的距离为多少?第一个问题,许多同学都是通过简单的物理公式来解决的,但是,对于第二个问题,光靠套方程的方式是不能得到准确的回答的。它需要结合真实的物理环境来建立一个关于追逐和遇见问题的物理模型,特别是要对车辆的速度降到0进行特别的研究,通过它的移动状况来全面地判定车辆在遇到障碍物时是作均匀的线性运动,还是停留在静态,这是建立问题分析的核心。所以,在进行物理模拟计算时,必须严格,不能忽略某一种情况。
(三)多方面应用概括出来的模型范式,促进学生建模能力的迁移。
物理建模能力的训练,并不局限于构建一个物理模型,而是要将一个物理模型应用到实际问题的求解中,也就是说,在一个特定的物理场景中,可以准确地辨识出一个物理模型,并根据实际情况,合理地选取合适的模式,来应对新的物理问题。而且,这些知识与技能的转移并非自然而然,它必须在多个层面上运用,达到熟练,达到“融会贯通”的程度,实现“知识转移”。这就要求教师要给学生创造足够的实践空间。比如,在教学中,老师可以设置多种问题场景,让学生利用所学到的知识和方法,来解决新的问题。
结语:总之,因为物理课程本身的特性,学生在学习物理的时候会遇到很多问题,并且这种问题已经严重影响到了课堂的教学效果。所以,作为一名高中物理老师,要充分利用自己的主观能动性,在目前的基础上,进一步深化教育,并通过多种途径培养学生的物理模型意识,以此来提高他们对物理的兴趣,促进他们的可持续发展,提高课堂的质量。
参考文献
[1] 关志超.高中生物理建模能力培养研究[D].辽宁:辽宁师范大学,2018.
[2] 陈素英.高中生物理建模能力培养策略探微[J].当代教研论丛, 2019, 064(04):73+75.