高中物理建模能力培养的现状及其对策

何谋仁

随着课程改革的不断深入，与STS联系的物理问题在教材和高考试题中逐渐显现出来，培养学生的物理建模能力势在必行。然而，在目前的实际物理教学中，学生物理建模能力的培养仍停留在教材表述和物理习题归纳的层面上，本文将对高中物理建模能力的培养践行论述。

一、物理建模能力培养的现状分析

（一）利用教材表述陈述物理模型

現阶段物理教材对物理模型建立主要是停留在表述阶段，如：“质点”是高中物理教材中非常重要的物理模型之一，书中说“在某些情况下，真的可以不考虑物体的大小和形状。这时，我们突出‘物体具有质量’这一要素，把它简化为一个有质量的点，称为质点。于是，对实际物体运动的描述，就转化成对质点运动的描述。”教科版《高中物理必修1》是这样说的：“经验告诉我们，在解决汽车从甲地行驶到乙地这类问题时，可以不考虑车轮的转动情况。这样，我们就可以把整个汽车当成一个‘点’来考虑。也就是说，在研究一个物体的运动时，如果被研究物体的形状、大小在所讨论的问题中可以忽略，就可把整个物体简化为一个有质量的点，这个用来代替物体有质量的点称为质点，对照两个版本的描述，我们不难看出，教材对质点这一物理模型的建立都倾向于陈述式的表达。

（二）利用物理习题传授物理模型

物理习题的求解过程不可避免要用到物理模型，为了绕开这一障碍，很多教师都是通过表述和描述“传授”物理模型，如在讲解弹簧类问题时，告诉学生“我们研究的弹簧都是轻质弹簧”;遇到与绳子和杆子有关的习题时又说“我们研究的绳子和杆都是轻质的绳和杆”，至于为什么，教师不讲，当然学生也就错过了建立物理模型的时机，只是死“套模”。

二、运用原始物理问题培养学生的建模能力

案列1：原始物理问题：在校运会上，高二的铅球冠军李勇同学的成绩是10.20m，试估算铅球被推出的过程中李勇同学对铅球所做的功。

解决此原始物理问题，教师需要先要引导学生会建立物理模型。本题的研究对象为铅球，首先将铅球抽象为物理模型“质点”，接下来忽略空气阻力，建立一个真空环境模型，最后，铅球出手后的运动可视为斜抛运动模型。有了物理模型，还要估计利用同学的身高和查阅铅球的质量，如：利用同学的身高估计为h=1.70m，查阅铅球质量约为m=5kg，铅球水平飞行的距离为s=10.20m，这样，一个完整的斜抛运动的物理模型建立起来了，最后，根据斜抛运动的相关规律以及功能原理，代入对应物理量数值即可算出。

案例2：原始物理问题：描述一列火车从兰州西到重庆北的运动情况。

我们知道，定量描述火车的运动，必须构建出火车的位移、速度和加速度与时间的函数变化关系来。数学研究的对象为点、线和面，而我们物理的研究对象是火车，这里就出现了一个矛盾，数学“不认识”我们的火车，这就客观上要求我们必须将“火车”这一物理研究对象要转化成数学能够认识的对象“点”，即“质点”，这就是质点这一物理模型产生的根源。从兰州西到重庆北环境路线十分复杂，这就需要我们对火车行驶的路径要进行分段处理，如：我们可以近似地将从榆中站到渭源站这一段的路径看作直线，转弯处是曲线，我们可以近似将其做圆弧来处理，如果这样划分过于粗略，我们还可以将这一段继续划分成若干段，其中有直线、圆弧，直到结果基本符合事实为止，这就是环境条件模型，是将实际复杂的曲线轨迹转化为若干段简单的直线和圆弧的集合体，在这一原始问题中，直线运动和圆弧运动就是物理模型。

（责任编辑  范娱艳）