培養(yǎng)學(xué)生物理建模能力的實(shí)踐(共5頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上在教學(xué)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生建模能力常州市武進(jìn)區(qū)禮嘉中學(xué) 吳業(yè)庭內(nèi)容摘要：物理學(xué)中有很多經(jīng)典模型，它是科學(xué)家經(jīng)過(guò)多年研究總結(jié)的智慧結(jié)晶，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中要理解這些模型，并在具體的問(wèn)題情景中建立模型，提高解決問(wèn)題的能力。教師在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)充分重視學(xué)生建模能力的培養(yǎng)。關(guān)鍵詞：模型 實(shí)踐物理課程標(biāo)準(zhǔn)是指導(dǎo)中學(xué)物理教師組織教學(xué)的依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)中明確指出學(xué)生“具備一定的質(zhì)疑能力，信息收集和處理能力”，物理學(xué)中有很多經(jīng)典模型，它是科學(xué)家經(jīng)過(guò)多年研究總結(jié)的智慧結(jié)晶，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中要理解這些模型，并在具體的問(wèn)題情景中建立模型，提高解決問(wèn)題的能力。教師在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)充分重視學(xué)生建模能力的培養(yǎng)。物

2、理模型法是物理學(xué)中最常見(jiàn)、最重要的科研方法之一。物理學(xué)家和科研工作者的方法之一就是建立模型、應(yīng)用模型、在應(yīng)用模型的過(guò)程中逐步完善模型。中學(xué)物理教科書(shū)中的模型，是物理學(xué)家的研究成果，是中學(xué)生需要認(rèn)識(shí)的對(duì)象。中學(xué)生的建模能力是指學(xué)生在掌握物理基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，在對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行本質(zhì)特征分析基礎(chǔ)上，建立合理物理模型，并能對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行模型的識(shí)別和再現(xiàn)，進(jìn)而解決物理問(wèn)題的能力。下面是我多年教學(xué)實(shí)踐中對(duì)學(xué)生建模能力培養(yǎng)的一些實(shí)踐體會(huì)：一、 教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生物理建模能力的一般流程建立物理模型、識(shí)別物理模型和應(yīng)用物理模型這三個(gè)階段是相輔相成，相互滲透的，對(duì)學(xué)生物理建模能力的培養(yǎng)是必不可少的。在高中階段，物理建模

3、能力的訓(xùn)練主要體現(xiàn)在兩方面：一是融合在物理概念、定理和定律等新知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)中，另外就是在相應(yīng)的習(xí)題訓(xùn)練中提高學(xué)生的建模能力。二、教學(xué)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生物理建模能力1建立物理模型能力的教學(xué)實(shí)踐物理學(xué)中的知識(shí)都是通過(guò)適當(dāng)建模獲得的，教學(xué)實(shí)質(zhì)是物理模型的教學(xué)，熟悉并掌握這些常見(jiàn)的物理模型是提高物理建模能力的基礎(chǔ)。高中物理中出現(xiàn)的質(zhì)點(diǎn)、輕質(zhì)繩、彈簧、點(diǎn)電荷、理想氣體、原子核式結(jié)構(gòu)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)等理想化模型，它們不僅是重要的教學(xué)內(nèi)容，也是指導(dǎo)學(xué)生掌握建模的一般方法的好素材。教學(xué)中，充分展示每一物理量引入的原因、得出的過(guò)程、它和要解決的問(wèn)題是如何關(guān)聯(lián)在一起的，使學(xué)生準(zhǔn)確、全面地把握其物

4、理意義；利用物理實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生去探究發(fā)現(xiàn)，利用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等現(xiàn)代教育技術(shù)手段再現(xiàn)知識(shí)發(fā)生發(fā)展的變化過(guò)程，這樣就可以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，并將物理學(xué)研究問(wèn)題的方法和物理思想寓于情景的建立和分析過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生開(kāi)展分析問(wèn)題的思維活動(dòng)，自然地悟出其中的道理和規(guī)律。在潛移默化的過(guò)程中，學(xué)生逐漸掌握分析物理過(guò)程、建立正確物理情景和模型的一般方法，從而建立出準(zhǔn)確的物理模型。在電場(chǎng)強(qiáng)度這一概念的教學(xué)中，首先拋出問(wèn)題：如何描述電場(chǎng)中各點(diǎn)力的性質(zhì)？從而引出電場(chǎng)強(qiáng)度這一概念；接著介紹得出這一概念的過(guò)程：為了研究這一問(wèn)題，需借助試探電荷受力來(lái)分析（將同一試探電荷放在電場(chǎng)中不同點(diǎn)，研究其受力情況；再將不

5、同電荷放入電場(chǎng)中同一點(diǎn)，研究其受力情況?？偨Y(jié)規(guī)律得出場(chǎng)強(qiáng)的定義）；最后說(shuō)明它是如何反映電場(chǎng)中各點(diǎn)力的性質(zhì)的，使學(xué)生準(zhǔn)確、全面地把握其物理意義。教學(xué)中必須強(qiáng)化學(xué)生的模型意識(shí)，使學(xué)生知道我們?cè)谖锢韺W(xué)中研究的是理想模型、是對(duì)客觀(guān)世界的概括、理想化，它能起到排除次要因素、簡(jiǎn)化研究對(duì)象的作用。在每一概念、定律的學(xué)習(xí)過(guò)程中，都要通過(guò)與學(xué)生的共同討論，明確它是適用于什么樣的物理模型，在什么樣的條件下才有這樣的模型；每一個(gè)模型建立的基礎(chǔ)是什么，條件做了哪些理想化，具有什么特點(diǎn)。同時(shí)要比較這一模型與實(shí)際情況的區(qū)別。因?yàn)槲锢砟Ｐ褪菑拇罅繉?shí)際現(xiàn)象中總結(jié)、抽象出來(lái)的，因此，一個(gè)物理模型通常對(duì)應(yīng)了大量的客觀(guān)問(wèn)題，當(dāng)我們

6、遇到新的物理情境，但卻是舊的物理模型時(shí)，要特別注意將它講清楚，使新問(wèn)題納入舊模式中。學(xué)生通過(guò)這樣不斷的同化順應(yīng)同化，認(rèn)識(shí)不斷提高，最終對(duì)物理模型的理解才能不斷地提高、深化、豐富，才能實(shí)現(xiàn)所謂的“將一本厚的書(shū)讀薄，再將這薄的書(shū)變厚”。2識(shí)別物理模型能力的教學(xué)實(shí)踐在解決實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中，能夠迅速準(zhǔn)確地識(shí)別出題中涉及的物理模型，并應(yīng)用相應(yīng)的物理原理及規(guī)律，是問(wèn)題能否得以順利解決的關(guān)鍵。這種識(shí)別模型的能力必須通過(guò)實(shí)際的培養(yǎng)和訓(xùn)練才能掌握。首先在物理課上，練習(xí)中遇到與模型有關(guān)的問(wèn)題時(shí)，要讓學(xué)生明白建立模型對(duì)解決問(wèn)題所起的作用，體會(huì)建立物理模型在物理學(xué)理論發(fā)展過(guò)程中的意義。如圖勁度系數(shù)為k的彈簧一端固定于墻

7、壁，另一端連著質(zhì)量為M的物體，物體靜止于光滑水平面的O點(diǎn)上，先有一質(zhì)量為m的子彈以水平速度v0射進(jìn)且留在物體中，試問(wèn)最少需要多少時(shí)間物體又到達(dá)O點(diǎn)？物體的最大位移是多少？此題對(duì)象比較多，有墻壁、彈簧、物體、子彈，應(yīng)以什么物體為研究對(duì)象呢？可以通過(guò)如下的設(shè)問(wèn)啟迪學(xué)生思維：（1）子彈射入物體的過(guò)程做什么運(yùn)動(dòng)？能否把子彈看成質(zhì)點(diǎn)？為什么？（2）從子彈開(kāi)始射進(jìn)物體到停留在物體中這一過(guò)程時(shí)間如何？在此過(guò)程中，彈簧的形變?cè)鯓?？?）這一過(guò)程可以取什么為研究對(duì)象？建立怎樣的物理模型？為什么？（4）以后應(yīng)取什么為研究對(duì)象？此對(duì)象做什么運(yùn)動(dòng)？可以建立怎樣的物理模型？為什么？通過(guò)對(duì)問(wèn)題的思考，領(lǐng)悟到子彈射入物體的

8、過(guò)程轉(zhuǎn)動(dòng)可忽略，認(rèn)為子彈射進(jìn)物體的過(guò)程為平動(dòng)，建立質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)模型，子彈從開(kāi)始射進(jìn)物體到停留在物體中這一過(guò)程時(shí)間極短，彈簧的形變微小到可以忽略，在此過(guò)程中，可取子彈和物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，沿水平方向系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)的變化為完全非彈性碰撞，從而可建立完全非彈性碰撞過(guò)程模型。系統(tǒng)動(dòng)量守恒，mv0（mM）v。又系統(tǒng)獲得速度v的過(guò)程很短暫，它們的位移微小到可以忽略，故可以認(rèn)為系統(tǒng)雖已具有速度v但還處在平衡位置O點(diǎn)處。此后，選取子彈、物體和彈簧組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，忽略彈簧質(zhì)量、空氣阻力與摩擦力，建立彈簧振子模型；振子從平衡位置O處以速度v向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，滿(mǎn)足簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型。故由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)周期公式使

9、問(wèn)題得以解答。其次建立物理模型必須與所研究的問(wèn)題相對(duì)應(yīng)。同樣一個(gè)物體，在研究不同問(wèn)題時(shí)，對(duì)它所建立的物理模型不同。3應(yīng)用物理模型能力的教學(xué)實(shí)踐物理模型是有限的，而客觀(guān)事物是無(wú)限的，特別是中學(xué)物理，就需要學(xué)生對(duì)舊模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換、遷移、虛擬、發(fā)掘題型的物理內(nèi)涵，以創(chuàng)造新的或復(fù)合的模型來(lái)解決相對(duì)比較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需設(shè)計(jì)出有一定針對(duì)性的補(bǔ)充強(qiáng)化練習(xí)，這類(lèi)練習(xí)應(yīng)經(jīng)過(guò)精心挑選，既要反映基本概念、基本規(guī)律，又要能適應(yīng)不同的學(xué)生的要求，以便學(xué)生對(duì)模型的內(nèi)涵能真正的理解，最終實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究問(wèn)題的能力的目標(biāo)。在建立了完全非彈性碰撞的模型后，為了培養(yǎng)學(xué)生完全非彈性碰撞的模型的遷移能力，可

10、以通過(guò)如下問(wèn)題進(jìn)行訓(xùn)練：（1）如圖所示，質(zhì)量為M的滑塊，靜止在光滑的水平桌面上，滑塊的光滑弧面與桌面相切，一個(gè)質(zhì)量為m的小球以v0的速度向滑塊滾來(lái)，設(shè)小球不能越過(guò)滑塊，則小球達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，小球的速度大小為多少？（2）如圖所示，質(zhì)量為M的平板車(chē)B靜止在光滑的水平面上，另一質(zhì)量為m的物體A以水平速度v0滑上平板車(chē)的左端，如果物體A不會(huì)從平v0圖3板車(chē)B的另一端滑下，求平板車(chē)的最大速度？通過(guò)交流、討論，讓學(xué)生對(duì)完全非彈性碰撞模型的特征及其相關(guān)的物理規(guī)律了如指掌，解決問(wèn)題時(shí)完全可以達(dá)到觸類(lèi)旁通的境界，學(xué)生對(duì)建模的興趣和積極性也就被激發(fā)出來(lái)。三、培養(yǎng)物理建模能力的教學(xué)實(shí)例在高中階段，建模能力的訓(xùn)練主要體

11、現(xiàn)在兩方面：一是融合在物理概念、定理和定律等新知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)中，另外就是在相應(yīng)的習(xí)題訓(xùn)練中提高學(xué)生的建模能力。為此，筆者以彈性碰撞模型為例安排了一系列練習(xí)（部分）:模型一、子彈木塊模型說(shuō)明1：摩擦力×相對(duì)路程=系統(tǒng)產(chǎn)生的熱說(shuō)明2：摩擦力×對(duì)地位移=物體的動(dòng)能的變化量說(shuō)明3：應(yīng)用完全非彈性碰撞規(guī)律（一般情況下，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)動(dòng)能變化量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱）1、如圖所示，在光滑水平面上靜止地放一長(zhǎng)L、質(zhì)量M的木板，在金屬板上有一質(zhì)量m的小鉛塊，鉛塊與金屬板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，現(xiàn)讓鉛塊在木板上從A端以速度v0開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，恰好運(yùn)動(dòng)到木板的右邊緣相對(duì)木板靜止，此時(shí)木板的位移為S。求：（1）上

12、述過(guò)程中摩擦力對(duì)鉛塊所做的功；（2）上述過(guò)程中摩擦力對(duì)木板所做的功；（3）上述過(guò)程中摩擦力做功產(chǎn)生的熱；模型二、弧體模型說(shuō)明1：一般系統(tǒng)動(dòng)量守恒；系統(tǒng)機(jī)械能守恒說(shuō)明2：系統(tǒng)動(dòng)能變化量等于重力勢(shì)能變化量說(shuō)明3：應(yīng)用完全非彈性碰撞規(guī)律、彈性碰撞規(guī)律、反沖規(guī)律如圖17所示，小車(chē)的質(zhì)量M4千克，車(chē)內(nèi)壁A(yíng)BC部分其截面為一光滑半圓，半徑R25米、車(chē)的左側(cè)緊靠墻壁，車(chē)與地面摩擦不計(jì)。質(zhì)量m=1千克的小球從距車(chē)上A點(diǎn)正上方的高度為R的D點(diǎn)沿車(chē)內(nèi)壁滑下（g取10米秒2）。求：（1）小球經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度；（2）小球能到達(dá)的高度（相對(duì)C點(diǎn)）四、教學(xué)思考通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生物理建模能力，可以使學(xué)生獲得以下收益。1、體驗(yàn)探究

13、過(guò)程物理概念是人類(lèi)在探索物理世界的過(guò)程中，在大量觀(guān)察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用邏輯思維的方法，把物理現(xiàn)象、物理過(guò)程的本質(zhì)屬性加以抽象、概括形成的。作為物理理論體系的基本元和基本思維方式，物理學(xué)家借助于物理概念建立起“假說(shuō)物理模型測(cè)量證實(shí)”的物理科學(xué)體系。所以，物理概念的建立是人們認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的起點(diǎn)，是探索物理世界的科學(xué)方法的基礎(chǔ)，是解決物理問(wèn)題的鑰匙。2、掌握研究方法通過(guò)對(duì)物理模型的建立過(guò)程的講解，了解物理學(xué)的理想化的研究方法，并嘗試在日常生活中討論有關(guān)科學(xué)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用這種方法去思考和分析問(wèn)題。物理模型不僅反映了原型的直觀(guān)形象，也反映了原型的主要特征，抓住了影響問(wèn)題的主要因素，雖然我們?cè)诮⑽锢砟Ｐ偷倪^(guò)程中略去了許多次要因素的影響，但這并不會(huì)影響物理模型的科學(xué)性。3、提高學(xué)習(xí)興趣在中學(xué)物理的教學(xué)中利用物理模型進(jìn)行教學(xué)，可以人為地排除對(duì)于認(rèn)識(shí)當(dāng)前對(duì)象無(wú)關(guān)的因素，便于突出對(duì)象的一些本質(zhì)因素，使學(xué)生能盡快地了解物理現(xiàn)象，掌握物理規(guī)律。在中學(xué)物理教學(xué)中以建立物理模型、研究物理模型為中心展開(kāi)，可以使學(xué)生了解物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程及研究方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的研究能力，提高他們分析問(wèn)題能力、抽象思維能力、邏輯思維能