培养建模能力?突破思维瓶颈

贾继明

一、问题的提出

在高中物理教学中，经常有学生向我反映：“上课听得懂，但下来不会做题；很多来源于实际的问题看不懂，不知道说些什么，不知道要运用什么规律，但老师讲了以后又觉得并不是很难。”问题出在什么地方呢？我们先来看一下解决物理问题的一般方法，可归纳为以下几个环节。

其中最关键的、也是较困难的环节是由问题情景构建出物理模型。不知道题目说些什么，无从下手，实际上就是这个环节出了问题。

科学的基本活动就是探索和制定模型。伽利略在他的理想实验中构建了光滑表面这一理想模型，为惯性定律的发现奠定了坚实的基础。哥白尼的日心说；法拉第的磁感应线……各种各样得到实践验证的模型的建立使得人类的认知不断在深度和广度上发展。

理想的物理模型，既是物理科学体系中光辉的典范，也是解决现实物理问题不可或缺的依据。物理模型是对基础知识的高度概括，具有典型性、方法性和美学性等特征，它集基础知识与基础规律于一体，不仅仅是知识的结晶，还是思维的结晶，最能考查出一个学生对物理知识的理解深度和广度，以及思维品质和创新能力。物理教师在完成教学任务的过程中，一定要重视对学生建模意识的培养，只有这样，才能使学生在解决物理问题时能清晰地构建出情景条件的物理模型，迅速找到解决问题的方法，从而达到培养学生灵活思变、创造性思维的能力。

二、物理模型知识综述

所谓物理模型，就是对所研究的对象和过程摒弃无关因素，忽略次要因素后，所建立起来的能反映物理事物本质特征的抽象模型。物理模型实际上就是由理想的对象参与的理想过程。这种物理模型一般由原始的物理模型构成。原始的物理模型可分为如下两类。

把实际的研究对象和过程通过抽象、理想化、简化、类比等方法转化成理想的物理模型，然后加以研究，这是物理学的基本方法之一，叫作物理建模。在教学活动中培养学生的建模意识实质上是培养学生的创造思维能力，因为建模活动本身就是一项创造性的思维活动，它可以培养学生的想象能力、直觉思维能力、猜测、转换、构造等能力，这些能力正是创造性思维所具有的最基本的特征。

三、物理模型与建模能力的培养

首先，要求教师必须认真研究教材，吃透教材，把握住各种物理模型建立的过程、条件和方法。以物理模型作为教学切入点，将最基础、最典型的物理知识、物理问题介绍给学生，并通过建立物理模型，将研究方法也展示给学生，引导学生思考、感悟以至升华。

其次，面对一些较复杂和生疏的物理问题，要指导学生运用“类比、等效、简化、组合”等方法将熟悉的物理模型迁移至新问题中，这对解决新问题可收到事半功倍的效果。

例：如图3所示，长为L、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人立在船头，若不计水的粘滞阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面的位移各是多少？

析和解：這是典型的物理模型——“人船模型”，它的特征是船和人组成的系统水平方向不受外力作用，水平方向动量守恒，那么平均动量也守恒。设人和船对地的位移分别为 和 ，整个过程所用时间为t，选人前进的方向为正方向，根据动量守恒定律有

人和船对地的位移跟它们的质量成反比。这个结论不仅对“人船模型”适用，只要是一个原来处于静止状态的系统，在系统发生相对运动的过程中，某一方向的动量守恒，这个结论都适用。

再则，学生通过前两个方面的不断训练，熟能生巧后，教师应不失时机的指导学生小试牛刀，去构建一些全新的物理模型，逐步开拓其思路，培养其创新能力。

例：（2008年全国理综1-19） 已知地球半径约为6.4×106m，空气的摩尔质量约为29×10-3 kg/mol，一个标准大气压约为1.0×105Pa。利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为

A.4×1016m3 B.4×1018m3 C.4×1020m3 D.4×1022m3

分析：这道题与学生熟悉的物理问题有很大的不同，解题关键是构建出合适的物理模型，然后用所掌握的物理规律求解。这是一道估算题，并不要求很精确，我们可以建立一个球体模型，认为大气对地球表面的压力等于大气层的总重。这个模型一旦建立起来，问题也就迎刃而解。

要提高学生的建模意识，应让学生明白，不仅要有扎实的物理基础知识，而且还要拥有广泛的物理生活知识，平时多关心、了解最新的科技动态，并通过联想、理论联系实际使自己所学的知识更扎实、更贴近实际，避免出现一问三不知的科盲现象和“指麦苗为韭菜”的书呆子现象，这也正是现代教育所期望的。