初中物理教学中要培养学生建模思想

崔傲

摘 要：当学生具备了分析物理文本中需要探讨的物理问题、能够结合科学的思想找到物理问题与因素之间的规律以后，教师要引导学生把物理问题的规律上升到定量、定性的基础上，为学生打好基础.当学生能够从定量、定性这两个角度分析物理问题以后，教师要引导学生结合这一基础套用物理公式.对于复杂的物理问题，学生可能要应用分类探讨的方式来探讨公式.

关键词：初中;物理;教学;培养;学生;建模思想

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2020）17-0076-02

物理建模是一种高度抽象的思维，它要求学生必须应用宏观的思维看待问题，找出影响物理问题的可变量和不变量，通过分析可变量对物理问题的影响，分析物理问题的规律.

一、引导学生建立模型基础部分教师会认为当学生分析出影响物理现象的规律以后，不是应当直接引导学生建立物理问题的模型了吗？在此以前，还需要学习哪物理理模型的基础？物理教师要意识到，建模与应用物理公式有较大的差异.当学生学会分析物理问题的因素与物理现象产生规律之间的关系以后，仅仅意味着学生可以应用现有的物理公式来分析这种关系，物理公式是一种前人总结出来的模型，而并非解决问题需要的模型.为了让学生能够针对每个具体的问题来建立模型，教师要引导学生掌握定量和定性这两个物理问题的分析基础.

以我引导学生思考题3为例：参看图1，图1的电路中有一个滑动变阻器，现测得其两端电压为9V，移动滑片后，测得其两端电压变化了6V，如果通过滑动变阻器的电流变化了1.5A，那么请分析以下的哪种描述是正确的？A.移动滑片前滑动变阻器接人电路的阻值是4Ω;B.移动滑片后滑动变阻器接人电路的阻值是4Ω;C.移动滑片后滑动变阻器两端的电压一定为3V;D.移动滑片后滑动变阻器两端的电压可能为15V.很多学生不能找到这一题的解题切入点.

我引导学生思考，该题探讨的什么问题？学生表示该题探讨的是移动滑片后给电路带来了什么变化的问题.我让学生思考，电路的变化与哪个公式有关？学生表示探讨这一问题可应用R=U/I这一公式.我引导学生再次思考，现在能让这个电路产生变化的因素是什么？学生表示是电阻.因为在电阻不变的前提下电压、电流都是固定的.而电阻发生变化以后，电压和电流两项参数都会发生变化.我引导学生思考，滑动变阻可让R产生哪种变化呢？学生经过思考，表示可以让电阻产生变大或变小这两种变化.我引导学生结合这一思路事例建立模型的方法.学生经过思考，发现建立模型的方法就是：第一，找到需要探讨的物理问题，在该次的学习中，探讨的是电路的变化.第二，找到影响电路变化的因素，题3虽然看似好像电压、电阻、电流都可能让电路发生变化，然而电压和电流的变化都与电阻有最直接的关系，所以影响电路变化的实际因素只有一个，就是电阻的变化.第三，找到电阻可能出现的变化，题3中可能出现的就是变大或变小这两种变化.我引导学生了解，第一和第二，是将问题定量的探讨，即学生要找到探讨问题的核心和建立影响问题因素的数量关系.第三是将问题定性，即定量关系的变化会带来物理问题性质的变化，学生要结合性质的变化来探讨物理问题变化的规律.

教师要让学生了解找到需要探讨的物理问题及影响问题的因素，是定量的探讨，定量探讨的重点是学生找到需要探讨的参数，通过观察参数的变化找到影响物理问题的关键因素;在完成定量探讨后，学生要锁定关键因素的变化，结合变化的规律对物理问题定性.学生应用了这样的方法，就具备了基本的建模思路.

二、引导学生建立关系模型当学生具备了建模的基础知识以后，教师可引导学生把物理模型应用到基础知识上，拟出物理公式，然后从物理问题探讨的角度全面整合物理公式，建立物理模型.在这一环节，学生需要掌握的关键为如何整理公式建立模型.

以我引导学生以题3的建模基础，帮助整合模型为案例.当学生了解了影响电路关键的问题就是电阻器大小的问题后，学生拟出公式：向左移动滑片，电阻逐渐变小，代入已知条件可知，当电阻变小后，电压会变小、电流会增大.结合已知条件可知：

R=UI=3V1.5A=2Ω（式1）

由（式1）可得：1.5A（6Ω+R0）=U（电源）（式2）;

并由（式1）可得：3A（1Ω+R0）=U（电源）（式3）;

当滑动变阻器变大时，电压将大于加大，代入已知条件，获得公式：

R=UI=9V1.5A=6Ω（式4）

由（式4）可得：3A（3Ω+R0）=U（电源）（式2）;

并由（式1）可得：1.5A（10Ω+R0）=U（电源）（式3）;

结合以上的公式，由（式2）、（式3）分析，得电路图2;由（式4）、（式5）分析，得电路图3.

整合各式，可得R0=4Ω，U（电源）=21V.分析答案，该电路的总电阻一定不是4Ω，并且移动滑片后，电压可能为3V也可能为15V.结合以上的答案可知正确答案为D.通过这一次的学习，我引导学生理解如何整合公式，学生获得如下的答案：第一，根据物理问题定性的结果，将问题分类.每个问题分类都可以应用一个物理公式来描述因素对问题的影响，获得与之相关的因素影响，获得定量参数，是整合公式的第一步.第二，宏观的分析每个分类，建立分类和分类之间的逻辑联系，这个逻辑联系就是定性的分析，将物理问题定性是建立模型的基础.第三，根据逻辑联系，分析公式中可变因素和不变因素，以不变因素为联接建立模型.比如在应用R=UI来解决问题时，R可分为R0+Rx，此时可以通过R0这个不变因素来分析U0、I0，以此为基础，再探讨可变因素的变化，综合分析其它因素的变化可能会对R造成的影响，这就是探讨这个电路问题的模型.

当学生列出对物理因素影响的公式后，教师要引导学生从可变因素与不变因素两个角度来整合因素.第一，教师要引导学生找出一个能够完全描述出整个物理因素的公式，这个公式抽象的公式就是基础模型;第二，教师要引导学生把不变因素和可变因素带入到模型中，这就整合因素的关系;第三，教師要引导学生结合已知条件来替代不变因素，然后从可变因素的角度来精确模型，使模型建立的需求能符合这个问题探讨的需求，这就是物理问题的最终模型.比如在这次的学习中，学生在探讨出R0这一不变因素后，需要探讨出U和I的可变范围，当找出这一范围时，便可确立物理模型.

初中物理教师的建模教学之所以存在低效化的问题，是与教师跳过了文本阅读、科学思维、建模基础这三个教学，直接要求学生学习建模知识的缘故.学生具有差异性，不是每一名学生都具备这样的宏观思维.教师在开展建模教学时，要依该次说明的步骤循序渐进的教学，使学生能够掌握建模思维的每一项技能，最终具备建模的能力.

参考文献：

[1]邓卓.中学生物理思维模型建构初步研究[D].长春：东北师范大学，2018：78.

[责任编辑：李 璟]