运用物理建模，促进教学相长

宋敏丽

【分类号】G633.7

教学是一个教学相长的活动过程，如何实现这一理想的教育目标，不仅仅需要教师在教学中把既定的教学内容完成，更重要的是在教学过程中让学生真正理解知识，领会方法，获得提高，从而反过来促进教师的教学。所以，就物理教学来讲，如何将抽象的、复杂的物理知识传授给学生，帮助他们更好地理解物理，掌握揭开物理之谜的方法，形成更好的科学思维，如此，才能让学生无论是在学习物理理论知识还是在具体的工作生活实践中运用物理知识，形成真正的物理思维。为了达成这一教学目标，有效地利用物理建模以促进教学效果，是一项具有现实操作意义的教学方法。

首先，充分理解什么是物理建模，以及物理建模的基本思想是运用物理建模促进教学的第一步。

物理建模的思想主要源自于人对事物的认识规律。人们面对复杂的物理现象，在不能直接获得解答办法的时候，往往依靠自己的直觉去进行思考和判断。直觉是个人认识外在事物最迅速、最敏锐的心理机制，物理建模正是基于个人的直觉能力来设计的解答物理问题的方法之一。

物理建模是由两个方面来促成的，首先是物理概念、物理规律和物理的基本方法等物理知识，其次是物理的实际问题在人的直觉认识中形成了新的表象，这两者共同构成了物理模型建构的重要基础。所以，概括言之，物理模型是知识因素和思维活动相结合而产生的对物理认识具有直接促进作用的研究方法，它采用比较形象直观的方式来补充抽象思维在认识问题上的复杂性与不足，将具体问题化繁为简，从而促进对问题的认识与解答。比如，我们在研究物体在合力情况下产生的动能定理当相关问题时，建构物理模型进行分析就显得非常必要，而且非常有效，通过建构模型，学生能够比较直观地理解相关问题，从而获得对该问题的解决。

其次，充分利用物理建模，提高教学的有效性。

一般来讲，物理课程的任何理论都直接与物理现象对应，将抽象、复杂、难以理解的物理知识通过物理建模进行分解、演示、推演、实验，以帮助学生增强理解，培养他们利用建模的方式来解答物理难题，这是教学有效性的重要方面。所以，充分利用物理建模，对提高教学有效性来讲，非常具有实践操作性。比如，在关于动量守恒和机械能守恒综合应用题的解答中，帮助学生建立一个诸如子弹打木块的“模型”，就能很好地解答动量守恒与机械能守恒的问题。

如上图，通过引导学生对打击过程动量守恒、子弹动能的损失、木块动能的增加和系统机械动能的增加的分别求解，对于动量守恒和机械能守恒的问题也就能清楚地理解了。

这里还必须针对物理建模和教学有效性的关系做进一步的说明和强调。其一，建模一定是通过模型的结构特点，能够促发学生的相关联想，以达到对题目和相关知识的理解和把握；其二，不能拘泥于僵硬的知识，必须抓住建模的本质，灵活地运用已有知识来凸显建模的实用性；其三，构建合理的知识体系，有效地促发学生的联想思维，从而实现建模对教学的实际帮助。做好这三个方面的工作，基本上就满足了物理教学中物理建模的基本要求，这对于提升教学有效性来讲，是非常重要的。一旦帮助学生掌握了这种方法，学生在自主学习和考试中，就能比较熟练和灵活地运用物理建模的方法，从而提高他们的物理学习兴趣以及提高学习成绩。

最后，帮助学生掌握物理建模的基本类型，从而形成体系化的建模思想。

物理模型是物理思想的直接产物，是在科学地研究物理问题中，不可或缺的物理思维和研究方法，所以，根据物理知识的基本情况，就可以将物理模型做基本的归纳，以方便学生更加全面地掌握这种思维和方法。

其一，是将物理对象模型化。这是将物理中某些客观的实体及其现象，通过凸显其本质，模拟其基本物理事实来建模的。比如质点的问题，就可以舍去物体的形状大小、转动等基本性能，而强调它所处之位置与质量等特点，简化为一个有质量的点。

其二，将物理对象的所处环境模型化。物理对象总是在一定的环境中运行的，这些环境构成了重要的物理环境，对其物理环境进行模型化，就能将抽象运动问题更加直观地模拟出来。比如力学中的光滑面， 热学中的绝热容器， 电学中的

匀强电场、匀强磁场等等， 都是把物体所处的条件理想化了。

其三，将物理状态及其过程模型化。物理状态总是在一定的过程中演变的，比如自由落体、匀速直线运动、简谐运动、稳恒电流、等温变化、等容变化、等压变化等物理狀态及其过程，都能够通过模型化进行分解和分析，从而加深认识，深入理解。

其四，理想化实验和物理中的数学模型。很多物理学问题都是可以通过理想化实验来进行逻辑推理的，并对这个实验过程进行分析推理，找到物理规律，比如伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础。同时，物理问题中的数学模型也是一个重要的研究方法，因为很多物理问题是可以用数学的方式来进行建模的，从而加深对该问题的认识和理解。例如， 在研究外力一定时加速度和质量的关系实验中， 认为小车受到的拉力等于砂和砂桶的重力。其实， 小车受到的拉力不正好等于砂和砂桶的总重力， 只有砂和砂桶的总质量远小于小车和砝码的总质量时， 才可近似地取砂和砂桶的总重力为小车所受的拉力， 这是我们采取简化计算的一种数学模型。

掌握各种类别的建模思想，针对性地开展建模训练，提升学生的物理研究能力和学习能力，通过倡导和推进建模对物理教学的实践意义，是提升物理教学的关键之一。endprint