试析高中物理课堂中建模教学的有效应用

沈赛华

高考物理题的命题侧重于联系实际以及与现代科技相结合的内容，借此来考查学生学以致用的能力.物理模型的建立，可以引导学生理解物理知识深刻的内涵与外延，有利于学生掌握物理知识，提高运用知识的能力.本文作者通过参阅大量文献资料，并结合自身处于一线的教学实践经验来探讨高中物理教学中建模教学的有效应用，希望对高中生的物理学习提供可取经验.

解决物理问题的过程通常包含研究对象的确定、次要因素的排除、物理情景创设、物理模型的建立及问题的分析与解决.而在学习的过程中，学生往往会将从确定研究对象到建立模型这一重要的环节忽略掉，直接套用公式，从而造成解题错误.由此可见，在物理解题过程中一定要注重物理建模的重要性.

1 物理建模的定义

物理模型是典型的物理问题，是基础知识的高度概括.物理学所研究的对象一般是物理现象或是物理过程，这些涉及得到诸多因素，因此都是极其复杂的.为了将复杂的研究问题简单化，具体的物理问题理想化，我们可以将一些次要的、对研究问题无影响的因素从复杂的物理现象或物理过程中剔除掉，这样抓住主要因素，建立起能体现客观事物本质特征的抽象的物理模型便称为“物理建模”.

2 建模教学在物理教学中的作用

物理建模教学不同于传统的物理教学，建模教学可以帮助学生能够更好地理解物理现象与过程，并更好地解决物理问题，那么建模教学主要能发挥什么样的作用呢，下面做一下简单总结：

2.1 激发学生的学习兴趣

“兴趣是最好的老师.”利用建模教学可以大大的激发学生对物理知识的渴望，充分发挥其吸收知识主体作用，知识不断得到积累，学生的自信心也不断得到提升，激发学生强烈的物理学习兴趣.

2.2 提高学生的创新意识

物理建模是对一个物理现象或过程进行重新还原的过程，学生可以从不同的角度及思维深度寻找解决的方法，通过综合运用物理知识和方法解决实际问题，并获得经验，发展创新意识.因此，这种开放性的思维探索过程非常有利于学生的创新意识的提高.

2.3 提升学生的团队合作意识

在建模教学中，物理教师可以创设合适的物理情境，让学生通过物理建模进行独立思考，以及多种合作方式来解决难题，养成生生合作、师生互动、相互信任的交流习惯，从而获得良好的情感体验，提升学生的团队合作意识.

3 建模教学在高中物理课堂中的有效应用

建模教学在高中物理课堂上的有效开展，是一个值得我們物理教师深入探索与研究的问题.下面就结合笔者在物理课堂教学实践中运用过的物理模型的创建，来探讨物理建模教学的有效应用.

3.1 建立客体模型

“客体模型”是指物理学中所研究的客观存在的实际物体，是简化与抽象建立起来的物理模型的过程.例如，在力学中研究物体的运动时，假如该物体本身的尺寸与问题中涉及的距离相比非常小，并且又不考虑物体的转动等因素时，就可以忽略此物体的大小和形状，而突出该物体的位置与质量，并用一个有质量的点来替代此物体，这就是“质点”模型.另外，波尔的原子模型、理想气体模型也属“客体模型”.

举例 一辆汽车以一定的速度v在水平公路上沿直线匀速行驶，突然发现正前方的路面塌陷，为了保证自身安全，司机采取急刹车与急转弯措施，哪个更合理？（人的反应时间忽略不计，并假设滑动摩擦力与最大静摩擦力相等.）

略解 依据题目，可以得出挖掘出以下信息：同一辆汽车在同一水平路上行驶，初速度一样.突然急刹车停止前，会向前运动一段距离，设s1，如果急转弯，车也会向正前方运动一段距离，设s2，最终来求s1与s2的大小关系.

建立模型一 汽车以速度v行驶，突然采取急刹车措施，相当于质点在做匀减速运动，滑动摩擦力

f=ma（1）

2as1=v2（2）

由（1）、（2）可得s1=mv22f.

建立模型二 汽车以速度v行驶，采取急转弯措施，相当于质点在做匀速圆周运动，由最大静摩擦力提供向心力

fm=mv2R（3）

因此R=mv2f，即为s2的大小，可见s1

3.2 建立条件模型

“条件模型”就是将已知的物理条件模型化，舍去条件中的次要因素，抓住条件中起决定性的因素，重点突出主要的物理现象与过程，简化了研究的问题，更有利于问题的探讨与解决.在中学物理中经常碰到的一些使物体恰好做圆周运动的问题，这时就可以利用到“条件模型”.

举例 一个质量为m的小球，要使它恰好能沿光滑竖直圆环作圆周运动，小球的“最高点”是圆环的顶峰，这点的最小速度v=gR.而如果小球是套在光滑的圆环轨道上，则到“最高点”的最小速度v=0.

3.3 建立过程模型

“过程模型”是指客体模型在理想条件下运动与变化的整个过程，这个过程是高度抽象的，是将物体复杂的运动与变化过程抽象为简单的物理模型的方法.利用过程模型可以将各种影响因素的干扰完全避开，能更加准确地了解事物的本质和运动规律，将复杂的物理过程转变为一个我们熟知的简单过程，从而便于解决.例如，忽略重力的带电粒子在垂直于场强方向进入电场的偏转是运用了“平抛运动”的模型.另外，忽略重力的带电粒子在磁场中的运动是运用了“匀速圆周运动”的模型.

举例 如图1，将一块宽度为a，厚度为h的规则铁块放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与铁块的上下表面相垂直，若向铁块通入方向为自左向右、强度为I的电流时，其前、后表面间会形成一个电势差.已知铁块单位长度中自由电子的数目为n，求铁块的前表面与后表面哪一电势高？电势差为多少？

略解 由左手定则可知，金属导体的后表面的电子聚集较多，故前表面电势较高，自由电子在定向移动的过程中受电场力和洛伦兹力作用，于是可得

eE=evB（1）

E=Ua（2）

I=nev（3）

由（1）、（2）、（3）可解得 U=aBIne.

4 结论

物理模型是建立物理概念和掌握物理规律重要的基础，培养学生的物理建模能力是高中物理教学过程中非常关键的一步.物理教师要通过不断研究与学习、总结与实践，促进学生建模能力的养成，使其更加细致深入的理解物理的本质，使其分析与解决物理问题的能力不断得到提高，并不断增强他们对物理的学习兴趣.但是，建模在物理解题中并不是万能的，而是有一定适用条件的，在使用的过程中如果对形似而实不同问题不能做到有效理解，就很容易造成误解.因此，我们在建模时应及时对模型进行深入的分析、仔细的比较及耐心的修正，确保其符合客观实际.只有这样，建模教学才能在物理课堂学习中真正发挥其作用，并得以有效应用，最终，提升高中物理课堂的教学效率.