高中物理建模思想的渗透与实践研究

王美芳

物理研究就是对复杂的物理现象或物理问题进行简化与近似，抽象为我们熟悉的模型来研究.例如，质点模型就是对“物体”的一种抽象，自由落体运动就是对运动过程中受力的一种近似，等等.建模的意识需要我们在平时的教学中就逐步去渗透，那么如何渗透呢？本文就该话题谈几点笔者的思考.

一、拓宽教学视野，建构生产与模型的联系

新课程体系下的物理课程资源有着非常广泛的内涵与外延，它不仅包括学校内部可供使用的资源，还包括学校外部，比如家庭、社会所能提供的一切资源.因此，物理教师开发课程资源不能局限于学校内部，还应该关注学校以外的资源利用.比如学校内部的图书馆、运动场固然可以成为我们引导学生探索物理知识的重要场所，但是学校外部的科技馆和博物馆更应该被充分地利用起来.学校以外的课程资源还有多样化的存在形式，比如内容各异、丰富多彩的各类科学講座和科技制作比赛等活动的开展；电视上的一些科普节目、最新的科技进展报道.这些可以成为学生物理学习的重要资源.当然，课程资源的开发也离不开学生的主动参与，比如在指导学生学习“远距离输电”时，带着学生参观本地区的电力调动部门，请专业人员为学生讲解高压输电的基本原理，帮助学生实现从实地考察到教材中远距离输电模型的认识；在指导学生学习“能量守恒定律”时，安排学生调研本地区的能源使用结构，从而引导学生探索能源开发和污染防治之间的关联.这样的课程资源将更加富有生命力，学生也将由此而体会到物理研究、建模的价值和意义.

二、增强生活实践与体验，切身感受物理规律

生活即教育！我们生活中有很多现象和物理规律息息相关，只要我们稍加抽象就可以与物理规律相联系，有些甚至是可以促进学生体验与感受的.

比如“超重与失重”的学习，如果我们仅止于在课堂上与学生展开理论分析和研究，则会由于理论性太强而导致学生失去学习的热情.为了促进学生的主动分析、有效体验和深度感悟，教师可以选用生活中的电梯作为探究活动的基本素材.教师将研究任务布置给学生，让他们将便携式体重计搬到电梯中，然后人体站到体重计上，按下上升的电梯按键，要求他们观察和比较电梯在上升过程中的体重计示数变化，同时要求学生深刻体会自己的感觉.在研究过电梯上升过程中示数的变化之后，再要求学生按照同样的思路研究电梯的下降过程.最后要求学生总结：哪些过程中出现了超重现象？哪些过程中出现了失重现象？失重与超重的本质是人体重力发生变化吗？失重和超重的发生条件是什么？这些问题将引导学生系统化地展开探究，并最终对超重与失重现象产生较为完整的认识.

三、抓住典型例题，在解决物理问题中建模

最终学生对物理模型的掌握情况如何，还要能够经得起考试的检验.笔者认为，我们在教学中要抓住典型例题，引导学生在物理问题解决的过程中完成对常见物理模型的处理.

例题 如图1所示粗糙的水平面上，一个长木板静止放置，现于木板的左侧摆放一个小物块，且在木板的右方有一个墙壁，木板右端到墙壁的距离等于4.5m.从t=0时刻开始，木板和小物块二者一起采用相同的速度向右方前进，并在t=1s时木板与墙壁发生碰撞（并且碰撞的时间非常短）.碰撞的结果是让木板的速度反向，但是速度的大小没有变化.已知整个过程中物块始终没有脱离木板，如图2所示的图线是碰撞之后小物块的运动情形，且木板的质量等于小物块质量的15倍，取重力加速度为10m/s2.试求：

（1）地面与木板之间的动摩擦因数μ1以及木板和小物块之间的动摩擦因数μ2；

（2）为确保小物块始终位于木板上，则木板的最小长度；

（3）最终状态下木板右端到墙壁的距离.

上述问题属于典型的板块模型，其主要特点就是通过图象来提供相应的问题参数，且都属于多过程问题，此类问题的解决要求学生在分析中明确过程特点，并展开系统化研究，要站在全局的高度来把握问题.