如何在解题中培养学生物理建模能力
陕西省定边中学    刘清超
随着新课程改革的深入发展, 高中物理课程的改革更加注重学生的全面发展及科学素养的培养, 并着重关注了如何在科学探究中更好地落实物理新课程三维目标这个问题。而物理建模的方法是研究基础物理最基本的方法,也是学生有效解决实际问题最重要的途径, 让学生在学习物理的过程中更好地培养了自身的形象思维和抽象思维这两方面的能力。因此, 物理教师在实际的习题教学过程中要通过引导学生在解题过程中学会运用建模的方法, 提高学生的建模能力从而更好地培养学生的思维能力。
一、物理建模的概念及特点
物理学所研究的对象是极其复杂的, 对于每一个研究对象, 都涉及诸多的因素。物理建模实际上就是为了研究问题的方便,把复杂繁琐的实际情况通过建立模型转化成相对容易接受的一个较为简单的物理情境, 形成具有经验型的规律从而使物理问题得到更简捷、形象的处理。物理模型通常可分为实体模型和过程模型。实体模型就是把研究对象进行理想化处理建立起来的模型, 例题如动力学中的质点、光滑斜面、轻质细杆、轻质弹簧等，光学中的点光源、薄透镜, 电学中的点电荷以及单摆、弹簧振子、理想气体、理想变压器、原子核式结构等; 物理过程模型是在观察、实验的基础上, 经过物理思维,对某一物理研究对象的相互作用、运动规律等进行一种简化、深入的描述。这类模型一般用于分析物理事件发生的过程, 建立物理图景。例如: 匀速直线运动, 匀变速直线运动, 平抛运动, 匀速圆周运动, 简谐运动, 弹性碰撞, 理想气体的等温变化等等。
二、如何在解题中培养学生物理建模能力
关于如何在解题中培养学生建模能力，从多年的教学经验，认为可从以下几个方面着手：
1、在习题课教学中，巧设问题，提供想象机会，培养学生建模能力
通过设疑，可以启发学生动脑筋想问题，引导学生去由此及彼，由表及里地探索事物的本质和规律。课堂上，老师要把直接叙述的话尽量改为问题的形式出现，把只有一个答案的问题尽量改为有许多个答案的问题，利用没有唯一标准答案的实际问题进行建模训练。问题的设计要让学生的思维更加开阔，要让每个学生都有想象的机会，要让每个学生更加主动去解决问题。使课堂成为开放的信息场，形成师生互动、生生互动的开放局面，从而使学生思维开放，逐步建立正确的物理模型。
2、在习题教学中，运用多媒体手段帮助学生建立物理模型
在物理教学过程中，教师可以灵活地运用多媒体课件，激发学生的好奇心，促进学生积极主动地思考，从而联系到合理的物理模型。可以将物理情境利用Flash、Powerpoint、Authorware等制作，制成形象动画来展示，其优势可将物理过程动态效果再现给学生，多媒体手段尤其适用于处理不真实存在的和无法演示的物理内容，如电场线，磁感线，重核裂变过程等，计算机技术可将一些物理模型动态再现，提供近似真实的虚拟环境，弥补学生直接经验的不足，从而帮助学生建立物理模型。
3、习题讲解中，课前要精心选题，强化建模意识
习题教学是培养学生建模能力和创新精神的一种重要的实践途径，只有精选例题和练习题才能充分调动学生的思维积极性，才能在习题教学中训练学生的物理建模能力。要选好题，就必须对习题进行认真的分析，如解这个题要用到哪些物理概念、规律，涉及哪些知识点；题中涉及的研究对象和物理过程的复杂程度，以及涉及的条件如何（如是否有隐含条件、多余条件）；解题时所涉及的方法和技巧；以及在这方面训练的熟练程度；解题中的困难、关键处和易错处；解这个题在了解物理知识与社会、技术、生活的联系方面有哪些价值等。同时在选题时要先易后难，先简单后复杂，逐步提高学生的建模能力。
4、利用“ 模型转换” 培养建模能力
由于物理模型是有限的, 而客观事物是无限的,尤其对于中学物理教学而言, 由于学生所学物理知识的局限和数学能力的制约, 许多物理情境并不能直接抽象成学生熟悉的模型, 这就需要我们引导学生进行进行模型归类，还要“ 模型转换” ，用他们己经熟悉的模型去代替另一陌生的模型, 在解题中巧用模型转换培养学生的建模能力。
5、在有关实验的习题课教学中，利用经典实验培养学生科学的建模方式
物理学史是先人留给后人的一份宝贵的精神财富，如能让学生充分理解历史上著名物理学家是用什么样的思想、方法和作风使实验得以成功，那么学生就会产生仰慕之感和学习的愿望同时掌握探索的工具物理学史上很多经典实验除了考虑到他们所得到的重要规律和理论外，他们本身的设计和实施有助于诱导学生创新思维，许多经典的物理实验的设计思想和思维方法都是极为巧妙而独特的，应当让学生了解这些实验的思维和分析方法，从中学到科学的思维方法，扩展学生的视野，启发他们自觉培养运用实验去研究解决物理问题的能力。
6、克服思维定势，提高迁移能力，建立正确模型
迁移原理是教学中的一条重要原理。
物理建模要注意防止由于思维定势而盲目套用物理模型。学生在掌握了诸如质点、单摆、简谐运动等基本的物理模型以后, 往往会形成一种思维定势, 把一个客观的物理问题不加分析地归结到某个熟悉的物理模型, 从而误入歧途, 使问题难以解决。在教学中要运用比较法对形同而质异的题目构建不同的物理模型, 消除错误隐患。
7、运用数学方法培养物理建模能力
教学中指导学生用微元法等数学方法解决一些用常规方法难以解决的问题。
总之, 物理模型是建立物理概念和物理规律的一个重要基础, 培养学生的物理建模能力是中学物理教学的一个重点。对于文中所列举的在解题中培养建模能力的方法, 只是众多方法中常见的几种. 由于物理问题的千差万别, 物理模型的建立也是千变万化的。在不断的总结和使用中定能逐步培养起学生的建模能力,从而提高他们分析物理问题、解决物理问题的能力。