在高中物理延展式教学中培养学生的估算能力

黄 坚

(江苏省通州高级中学 226300)

“从这个地方到车站有多远，步行过去要多长时间？”这是一个在生活中常见的问题，回答这个问题不需要我们对长度和时间进行精确地测定，只需要结合生活经验进行适当的估计即可，这就是所谓的“估算”.估算对生活生产而言，有着非常重要的意义，“大约”、“左右”、“大概”等词汇的频繁使用也说明了估算的普遍性.其实，物理延展式教学过程中，也有很多估算的问题，教师要藉此来提升学生的相关能力.

一、物理教学与估算能力的关系

很多人质疑：现如今，计算机技术如此发达，只要将数据输进计算机，数据很快就出来了，何必这么麻烦进行估算呢？笔者认为，说这句话的人根本就没有了解到估算的魅力.在物理学中有很多估算妙用的例子，最经典的一个是上个世纪四十年代，费米对原子弹爆炸时释放能量大小进行的估算.当时费米站在距离爆炸中心十英里的地方，当原子弹爆炸产生的冲击波到达该位置时，费米从头顶洒落一些纸屑，他然后结合纸屑被气浪卷走的距离估算出这次爆炸所释放的能量相当于十万吨TNT炸药的爆炸效果，这一结论和几周之后精密仪器得到的效果非常接近，这一实例从侧面说明估算的巧妙和重要.

对很多人而言，数理化学科的特点在于精确性，即一旦初始条件确定，我们就应该得到一个非常严谨的结果.事实上并非如此，有很多问题我们根本无法触及其实体，因此运算过程不一定要多么精确，比如说原子的大小，我们采用“单分子油膜实验”来完成分子直径的测量，只要得到数量级即可.

估算在人们的生产与生活中有着重要意义，完成估算其实就是通过观察、计算和判断得出结论的过程，它需要研究者拥有把握全局的意识，进而从原始问题中提取出一些关键信息，并且建立物理模型，获取问题解决的初步思路和探索方向.估算能力需要研究者拥有较好的直觉思维和逻辑思维，同时还要拥有较强的创新意识.物理学的很多估算问题都是理论联系实践的应用，在物理学习中研究估算问题有助于学生对规律的理解，也有助于他们思维品质的提升.

二、培养学生估算能力的基本策略

对学生而言，估算能力的培养应该是一个漫长的过程，我们首先要让学生形成一种科学估算的意识.估算绝不是简单的猜测，不是完全跟着自己的感觉走，物理学角度的估算应该是一项具有探究性质的研究和探索.为此，教师首先要充分认识估算能力的价值，并且从思想上重视学生估算能力的培养，而且估算也不是数学层面的近似运算，我们要让学生明确这一事实，并在教学中引导学生探求估算过程的本质.

1.生活经验是估算能力发展的基础

在物理教学中，我们一直都倡导“从生活走向物理，由物理走向社会”，可以看到生活是学生建构和发展物理认知的基本前提.就估算能力的培养来讲，生活经验将为学生提供很多具体的数字和经验，从而让学生在估算过程中有所依据.

例1 如图1所示是一个杂技演员正在表演，请结合图片中所提供的信息估算一下，演员将一枚鸡蛋抛出时所做的功( ).

A.0.3J B.3J

C.30J D.300J

分析这个问题的处理首先需要学生从图片中提取出信息，这是一个抛鸡蛋的杂技，当演员将一枚鸡蛋抛出时，另外也恰好有一枚鸡蛋掉落到他的手上，中间恰好有一枚鸡蛋正好运动到最高点.由此可以建立模型：演员将鸡蛋抛出，鸡蛋完成竖直上抛运动，其中演员腰部位置应该是鸡蛋运动的起点，演员下巴的位置应该是鸡蛋上升过程所能到达的最高点，进而我们建立动能定理的方程W-mgh=0，这个方程所对应的过程正是鸡蛋从抛出前到最高点的过程.在代入数据运算时，需要学生能够回忆一些具体的常数，比如一枚鸡蛋大概为50g，人的身高一般是1.8米，腰间到下巴一般占总身高的三分之一，因此鸡蛋这一阶段的上升过程约为0.6米，代入后可以算得人做功为0.3J.

点评这个问题的处理需要三项准备：其一是图片中的信息采集；其二是物理模型的建立；其三是常用数据的积累.尤其是第三点，现在的学生大多属于“十指不沾阳春水”，他们对生活缺乏感悟和体验，因此对很多数据都没有感觉，为此教师要引导他们有意识地做好积累工作.一些常用的数据，比如“鸡蛋的质量”、“人的身高”、“人奔跑的速度”等等，这些内容也不需要死记硬背，只要联系生活经验就可轻松搞定，比如到超市买鸡蛋，一般十个鸡蛋500g，那么一枚鸡蛋的质量就很清楚了，至于人的身高、奔跑速度可以结合自身的参数进行估计即可.

2.物理建模是估算能力运用的前提

建模是处理物理问题的关键，也同样是估算类问题研究的关键.比如“从这里到车站步行需要花多长时间？”处理这个问题，我们一方面要估算对应位置到车站的路程，以及人步行的速度，另一方面我们还要提取出运动模型，进而用路程与速度相除来得到结果.教学中，我们也发现，一旦学生在建模过程中出现偏差，他们就无法选对结论，这样的结果只能是错误频发.

例2 为了研究太阳的演化历程，现在要对太阳的质量M进行估测，所提供的数据有地球的质量为m=6.0×1024kg，地球半径为R=6.4×106m，地球距离太阳的中心距离为r=1.5×1011m，地球表面的重力加速度为g=10m/s2，1年约为3.2×107s.

点评在任何一类物理问题处理时，选对模型很关键.面对一个较为陌生的情境，研究者要从中提取出关键信息，完成模型的建立，然后才可以选择相应的物理规律来建立方程.由此可见，建模应该是完成估算过程的基本前提.

参考文献：

[1]陈晓海，戴均平.重视培养学生的估算能力[J].数理化学习，2008(2).

[2]周亚文.物理估算能力的培养[J].物理教学，2012(4).