浅谈如何引导高一学生理解物理模型并初步解决实际问题

姜诚

摘 要：通过对实际问题的建模，教会学生能把实际的物体抽象出来，运用所学知识进行分析，这样能够让学生更好地理解生活现象的原理，形成正确的科学思维。

关键词：理想化; 建模; 化繁为简

中图分类号：G633.7             文献标识码：A     文章编号：1006-3315（2021）2-015-002

物理在初中的时候就已经有所涉及，听得到的声音，看得见的光，到感觉得到的温度，大部分学生觉得物理比较直观，似乎很好学。但进入高一后，不少学生却感觉物理难度很大，尤其对物理模型感觉很抽象而难于理解。

为什么较多学生进入高一感觉物理难学？因为高中物理更注重于对实际生活中发现问题进行分析，注重对实际问题的物理建模以及把复杂的实际问题抽出主要因素进行分析[1]。

那如何让学生正确理解物理模型并能应用物理模型初步解决实际问题呢？在此，笔者就教学中的经验和感悟总结出一些方法，具体如下。

1.建立理想化模型

1.1主次分明，看成质点

《必修一》第一章第一节讲质点。质点的概念是：在某些情况下，我们可以忽略物體的形状和大小，把它简化为一个有质量的点。我们都知道质点是理想化模型，现实中是不存在的，能否看成质点要看实际情况。比如，同样是一个人，如果我们要研究他做体操的动作，就不能看成一个质点，当研究他跑马拉松的运动轨迹时，就能看成质点。其实如果不学高中物理，学生是不会知道质点这个概念的，但是事实上，当他看到一个人长跑时，他会关注运动员的动作吗？显然是不会的，他更加关心的是运动员跑的速度或者是时间，这个时候其实他已经把运动员看成了一个质点。再者，类似于打乒乓球，这样很小的东西，平常学生来回打球的时候他一定会把乒乓球看成一个点，但是对方突然发了一个弧圈球过来，他没接住，这个时候他就会研究对方一定是对打球的角度和力度进行了调整，这个时候他一定不会只把它看成一个点，这就是不能看成质点的情况。所以，实际上质点这个模型学生在生活中其实无意中已经体会。故如果我们能积极引导学生仔细观察生活中物体的运动，有效忽略次要因素，提炼需要研究的主要问题，理想化物理模型的建立其实是自然而然的。

1.2忽略局部，着眼整体

如自由落体运动，我们知道自由落体运动是指，物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。通过这个概念我们能得到自由落体运动的条件是只受重力和初速度为零。后者很容易做到，前者严格意义上讲，是不存在的，即使我们有抽真空的机器，但仍然无法做到完全真空，所以严格意义上的自由落体是不存在的。但学生已经具备一定的生活常识，他们知道一个铁球从高空落下，实际阻力较小的话，铁球运动是越来越快的。学过高中物理的也会把铁球的运动看成自由落体，这就是理想化的模型，人们会不自觉地把问题看得简单，以便自己可以理解。所以，多做实验，通过引导学生观察生活中的物理过程，进而能忽略局部，着眼整体，把次要因素忽略，这样就能抓住本质，建立模型，从而让物理过程有效简化。

2.实际问题的模型建构及应用

2.1解决实际，逆风行舟

高中的弹力，摩擦力以及力的分解与合成与生活中的一些现象很有关系，比如说逆风行舟这个现象，就是弹力和力的合成与分解的应用[2]。但教师在课堂实验演示时，学生都感觉非常惊奇，逆风怎么会产生前进的动力？为了让学生能清晰建立模型，我首先引导学生对小船和风帆进行简化，把风帆简化为一个斜面，把风力等效为木杆打击，再进行实验，如图1所示。通过这个实验，学生发现木杆对斜面的压力也是逆方向的，但木块也能前进。因为用模型简化了，学生不再感到畏惧，并能自然而然进行受力分析并分解，如图2所示。学生清楚地看到，风力是从船的右前方吹过来的（几乎可以认为是逆风），风力对帆产生的力是对帆的压力，可以进行分解，分解成一个沿船运动方向上的力和垂直于船的力，其中沿船方向上的力就能成为动力，垂直于船方向上的力由于水对船的阻力可以抵消，这样就实现了逆风行舟。

2.2简图构思，物理建模

必修一第四章中的超重和失重，这在初中学生完全没有学，但学生在生活中早有体验。例如学生在电梯中当电梯向上启动和下降制动的瞬间，他会感觉双脚有点沉重，而向下启动和上升制动的瞬间，又感觉到双脚有点轻浮。所以，本节课新课教学前，让学生重新有意去体验这样的感觉，甚至拿个体重计去电梯中体验，有了深刻体验了，我们就可以引导学生去建立物理模型。例如，把测力计和钩码、或者电子秤和重物下发给学生，让他们课后再去电梯中做实验，那学生会自然而然地把电梯中的人简化为重物，并会受力分析来探究电梯中的超重和失重现象，如图3所示。

2.3抽丝剥茧，化繁为简

汽车的ABS防抱死的工作原理，是必修一教材上的一个研究课题。这个实际问题其实是比较复杂的，那如何指导学生简化研究呢？首先要让学生了解ABS系统的作用，我们可以模拟一个场景让学生想象：当甲开着一辆没有ABS防抱死系统的汽车正常行驶在路上时，突然发现前方有一块石头，他立即猛踩刹车试图停下并打转向盘试图绕过这个石头，由于车速较快且没有防抱死系统，甲发现他没有转弯，径直的撞向了石头;而乙则是开了一辆有ABS防抱死系统的车，他发现，虽然不能完全刹住汽车，但是能转弯，所以他绕过了石头。也可以在网络上收集一些汽车测试ABS功能的视频让学生观察。这样学生就清晰认识了ABS系统的作用和对运动的控制，并很自然地发现首先要从车轮去探究分析，这样就把复杂的汽车运动，简化为如图4所示的模型，从而能顺利进行接下来的动力学探究。

综上所述，高一学生学好物理的关键，就在于对生活中物理过程和物理现象的深刻体验和主动观察思考，进而建立物理模型来简化研究。我们所要教给学生的是如何利用物理原理来解决实际生活中的问题，教给他们通过物理的眼光看精彩纷呈的世界，形成正确的科学思维。

参考文献：

[1]杨贵，李燕琼.课程教学观视角下高中物理科学思维目标体系的建构及其有效性探究[J]物理通报，2020（10）：115-118+129

[2]蔡建秋.帆船逆风行舟的分析[J]湖南中学物理，2020，35（06）：80-81+83