首页 -> 2007年第11期

物理建模思维及培养

作者：王启腾

　　例1.在学习大气压强时，会碰到分析一自制水气压计玻璃管内水柱高度变化情况时，绝大多数学生感到困难。如能建立起液片物理模型，再去分析，问题就容易多了。首先，设想在管内与瓶内液面相平处有一液片AB如图1（甲），对液片AB进行受力分析图（乙），液片AB受到三个压强，即水柱对AB向下的压强P水和大气压强P0及瓶内气体对AB向上的压强P气，在这三个压强的作用下AB受力平衡，于是有P0+P水=P气。如果外部气压增大，则有P0+P水＞P气，液片AB受力不平衡将下移，有目的、有计划地引导学生观察日常生活中的物理现象和过程，为建模提供可靠基础。即在液柱下降，相反易知，大气压减小时，液柱上升。
　　
　　例2.玩具小船上装有一个由电池和螺线管（有铁芯）组成的电路，如图2所示，让小船东西方向静止在水面上，放开小船，闭合开关，问船头最后指向哪方？
　　本题如能建立小磁针模型，只需用安培定则判断出螺线管的南北极，问题立即得以解决。
　　例3.如图3，设木棒与圆木之间不滑动，以地面为参照物，圆木向前滚动1m，上方的木棒向前移____m。
　　
　　本题从作图分析的角度去思考，很难得出正确结果。如果把图3的装置建立为动滑轮模型，其中圆木为滑轮，木棒为细绳，则易得木棒向前移动2m。
　　另外，在解题中，教育学生把物理过程转化成图形，这样直观、形象，能突出物理本质。如光路图、受力分析图、等效电路图等，对做题大有帮助，这也是学习物理必需的一种技能，养成习惯终生受益。
　　（四）通过物理学史加强物理建模思维能力
　　教学中通过介绍物理学史，可以使学生对某个物理事件的过程有一个较完整的认识，这样便于理解和掌握其中的物理方法。纵观物理学发展史，许多重大的发现与结论，都是科学家经过大胆的猜想构思，创建出科学的理想化模型，并通过实验检验或实践论证。学生通过对物理事件的了解，加深了对物理建模思维及其意义的认识。
　　如伽里略让小球从弯曲的斜槽上自由下落，当斜槽充分光滑时，小球可沿另一端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球为达到初始高度,将运动很远。如果末端完全水平，小球将一直运动下去，永不停止。正因为伽里略构建了光滑这一理想化的模型，才有惯性定律的重大发现。再如法拉第在1852年，对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁场线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当前的传统观念是一个重大的突破。
　　法国科学方法论学者阿雷指出：“科学的基本活动就是探索和制定模型。”正确识别、建立物理模型，熟练使用建模思维方法是中学生应该具备的基本物理素质，也是中考和竞赛选拔具有学习潜能的学生的重要内容。物理建模思维能力是学生应掌握的一种重要思维能力，在物理教学中应引起我们足够的重视。特别是教学中进行建模思维方法教育的途径问题值得我们在教学中探索。
　　
　　参考文献：
　　[1]查有梁.物理教学论[M].南宁：广西教育出版社，1996.
　　[2]陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，1997.
　　[3]杨磊.浅议物理方法教育[J].中学物理，2002，（10）.
　　

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