建模思想在初中物理教学中的应用

建模思想在初中物理教学中的应用
摘要:物理模型是研究物理规律和物理理论的基础。在初中阶段,学生学习的多数物理原理和规律都是建立在一定物理模型的基础之上的。而教学过程中教师往往忽略了提升学生的思维深度,对物理模型的构建过程缺乏有效的引导,这直接关系到学生思维能力的发展。因此笔者从物理模型的概念、特征、作用、分类应用、教学启示等几个方面论述物理建模在初中物理课堂教学中的实际运用,以期提升教师在课堂教学中的建模意识,进而提升学生解决问题的科学思维方法。关键词:物理模型、建模思想、思维方法
多年的物理教学实践引发了笔者对物理课堂教学过程的深刻思考:课堂教学中引导学生进行物理过程的分析和科学思维方法的培养是否可以有机结合起来?将两者合理结合起来是否有利于推动学生物理模型的建构?鉴于以上思考, 笔者从 2016 年开始进行初中阶段物理建模研究和实践探索。
物理学科是研究物质世界的客观规律的学科,建模思想最早起源于物理学科,物理教学本质上就是一种基于模型建构的教学。物理学科的教学是情境与意识的结合,也是具象与抽象的统一,同时也是感性思维与理性思维的统一。在课伊通进修网站堂教学中培养学生的建模思维,物理学科
有着独特的学科优势。
模型是通过人们的思维抽象和想象加工,采用理想化和纯粹化的思维方法, 将复杂的物理过程通过分解、简化、抽象,最终在思维领域中创造出模型,再现原型的本质特征和相互关联。物理学中的规律就是通过对理想化的物理模型的进行分析、探究得出来的。将现实生活重新解构,将实际问题转换成合适的物理模型,通过思维加工解决问题的过程叫物理建模。
一、物理建模的教学策略
物理建模是指在教学中通过图片、实物、模型等教学策略丰富学生的表象, 在科学实验和客观事实的基础上抽象并建构物理模型。在课堂教学中积极渗透物理建模意识,指导学生物理建模的过程与策略,在问题解决中要启迪学生运用物理模型来分析和处理实际问题。
1.情境创设组网技术与网络管理
充分利用各种表象手段(如生活现象、实验情境)和各种教学方法(如模拟法、比较法)向学生展示贴近学生生活实际的物理情境,丰富学生的感性经验和

表象知识,激发学生观察分析和抽象概括的学习兴趣。
2.建模准备
通过各种技术手段,如平面抽象、立体建模、AR 技术应用,帮助学生从纷繁复杂的实际问题的表象中建立假设,分解要素,初步形成构建模型的思路。
3.模型构建
分析研究客体的主要特征和要素,将微观过程宏观化,将宏观场景缩微化, 将动态过程静态化,将静态过程系统化,经过各种思维方式的处理,将学生对物理现象的感性认识上升为理性认识,从表象中最终抽离出抽象模型。
4.模型应用
创造性地应用各种思维方法,如变异思维,逆向思维;创设新的物理情境, 如改变过程,改变条件,改变状态,引导学生多角度解读,多方位变换,加强物理模型在不同场景中的
应用,加强物理模型在复杂场景中的综合运用,从而促进学生迁移能力和创造能力的形成和发展。
5.效果反馈
通过物理模型在实际问题解决过程中的应用,加强学生检验模型应用能力, 从而进一步促进学生应用模型解决新问题的能力,不断丰富认知,拓展思维。二、物理模型的核心特征
1.物理模型是抽象性和形象性的统一
物理模型的原型即是客观现实,它是对具象的客观现实的抽象的理想的映射,是形象思维向抽象思维转化的结果。
2.土司文化物理模型是本质属性的高度凝练
物理模型的建立过程是摈弃次要因素,提取主要因素,化复杂为简单,完成由现象到本质、由具体到抽象的过程,而模型就是对事物本质特征的最简化、最纯粹的凝练。
3.物理模型是假定性和科学性的辩证统一
物理模型的建构过程就是不断的进行假设、验证,螺旋式上升的过程。猜想和假设中可能含有科学的成分,也可能含有非科学的成分,物理建模的过程,就是要通过不断实验验证,去伪存真,最终提炼出科学性的成分。
三、初中物理教学中的物理模型示例

1.对象模型第二军医大学出版社
物理学科通常将物质世界中的客观实体,舍去或忽略某些次要因素,突出其与研究要素关联密切的特性而建立起的物理模型。这种模型有着十分广泛的应用。
1:如图所示 AB 棵树,B 冗余链路 A 们的粗细相同其他环境条件和生长条件也基本相同,由此就可以判断出    树容易被吹倒或折断
选填“A”或“B”)
A
   
B
分析:物理来源于生活,,引导学生把物理和社会要紧密结合,要善于把生活中的一些实例对象抽象成物理模型,例如可以把盘山公路看作是一个斜面模型。生活的很多工具可以抽象成杠杆模型,例如启瓶器,压水井,钓鱼竿等,针对本题,研究的对象是树,通过分析可以把树看作是一个杠杆模型。支点在树的根部,根据杠杆的平衡条件,在风力一定时,两棵树受到的风力是相同的,但由B 更高,因此力臂越大,力与力臂的乘积越大,作用效果越明显,故答案为: B。
2.状态模型
在研究流体、气体以及微观原子结构时,研究对象所达到的或者所处于的稳定、平衡、基本的状态都属于状态模型。初中阶段分析连通器原理时假想底部的液片模型就属于这一类模型。
2:虽然生活中连通器的应用比较普遍,但学生并不清楚它的特点,教师可以引导学生利用液体压强和二力平衡的知识分析连通器里的液体不流动时,各容器中液面的高度总是相同的原因。引导学生设想在如图所示的连通器的底部有一个薄“液片”分析液体不流动时,它两侧受到的压力和压强的情况。在液体不

流动时,薄液片处于平衡状态,两侧受到的压力相等,压强也相等,
两侧的液面相同。如图所示,设想连通器底部有一液片 CD,当液体不流动时,液片 CD 处于静止,根据二力平衡,即 F =F ,进一步展开 P ·S =P ·S ,又因为 S =S ,所以 P =P ,根据液体压强公式 可得ρgh gh ,由于ρ,所以 h =h 医缇雅,即液面高度相同。
3.理想模型
在物理实验的基础上,通过分析,抽取主要因素,抛弃次要因素,通过思维加工,对物理过程逐步分析、解构,进而最终出规律。这种在最理想的物理条件下分析物理现象、探索物理规律的思维方法就是理想模型。
例 3:在伏安法测电阻时,若被测电阻约是 12 欧,电流表的内阻是 2 欧,
电压表的内阻是 8 ,则用电流表    法(内接或外接,此时测值比真实值    (大或小
分析:在初中阶段使用电流表和电压表测电阻,即“伏安法测电阻”,而在初中阶段我们把电压表和电流表都理想化了,而实际上电流表的内阻并不是零, 电压表的内阻也不是无穷大,所以本题要求在学生分析题目时要跳出理想化模型,考虑到电表的内阻,分析两种接入方法,外接法和内接法。(如下图)
外接法:被测电阻两端电压是准确的,电流表测的是流过被测电阻和电压表的总电流,所以测得的电流偏大,这样根据欧姆定律 R=U/I 测得的电阻偏小,所以这种接法适用于电压表的内阻远远大于被测电阻, 即被测电阻是小电阻的情况。
内接法:电路表测得被测电阻的电流是准确的,电压表测的是被测电阻与电流表的总电压,由于电流表有内阻,它也要分一部分电压,所以测得的电压偏大, 这样测得的电阻偏大,这种接法适用于被测电阻远远大于电流表的内阻的情况, 即被测电阻是大电阻。
所以本题中要求学生从理想模型的基础上,把电压表想成一个大电阻,把电

本文发布于:2024-09-22 07:01:05,感谢您对本站的认可!

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