运用原始物理问题培养高中生物理建模能力，本文主要内容关键词为：物理论文,建模论文,原始论文,能力论文,高中生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理教学是以日常生活中实际现象、实验现象为基础的，而我们所学的物理概念和规律，大多是理想化条件下得出的。原始物理问题需要通过分析、简化，通过建立物理模型，成为抽象物理问题（即物理习题）。在具体的习题训练中，不能完全脱离现实情境，要通过建立合适的物理模型，忽略次要因素，以解决实际问题。可见，原始物理问题的解决可以很好地培养学生的物理建模能力。
一、高中生对于物理建模能力的认识与现状分析
培养高中生解决实际问题能力是素质教育的目标之一，在物理教学中却难以实现这一目标。因为在平时的教学中，教材、习题以及试卷中所体现和引入的一些所谓的实际问题，大多是经过编者加工过的，学生看到的是理想化的物理情景，而实际情景只是附加的背景罢了，学生只会“套模”不会自己“建模”。学生所缺的“解决实际问题的能力”，本质上是缺少“把原始物理问题转化成合适的物理模型的能力”。
随着课程改革的不断深入，与科学、技术、社会联系的原始物理问题解决在物理教学中的建模作用越来越突出，但大多高中生遇到原始物理问题仍然不能正确地分析物理过程，形成相应的物理图景，构建合适的物理模型来解决实际物理问题。
二、建立物理模型是实现原始物理问题得到实际解决的桥梁
原始物理问题，是指自然界及社会生活、生产中，客观存在且未被加工的物理问题。它源于客观现实中的物理现象，只对自然现象或社会现象的客观朴素描述，也称为实际问题。
与原始物理问题对应的是抽象物理问题（即传统物理教学中的物理习题），原始物理问题要通过建立物理模型来提炼加工为抽象物理问题，再通过物理知识和相关的数学工具使问题得到解决（如图1所示）。
可见，建立物理模型是解决问题的关键环节，也是原始物理问题与抽象物理问题之间的桥梁。
三、运用原始物理问题培养高中生的物理建模能力的途径
1.基于原始物理问题的物理教学可提高学生建立物理模型能力
长期以来，高中生传统习惯做大量物理习题的部分常常只涉及图1虚线椭圆中从“抽象物理问题”到“问题解决”的部分，由于学生建立物理模型的能力较差，当面临实际问题时仍会束手无策。因此，在物理教学中，教师要创设一些回归生活的原始物理问题，以培养学生的建模能力。
[案例一]在校运会上，高二的铅球冠军王刚同学的成绩是10.20m，试估算铅球被水平推出的过程中王刚同学对铅球所做的功。
这是个原始物理问题，学生对源于生活的实际例子很熟悉，但又缺少必要的数据和条件，使问题难以得到解决。
如何解决这个原始物理问题，需要引导高中生学会建立物理模型。根据所学的物理知识，探知和分析解决这个原始问题所需要的物理量，并根据生活经历或认知对其进行估计，也可查阅相关资料，以最终建立一个完整的物理模型。
本题的建模需要构成一个平抛运动。首先，构建运动轨迹。忽略空气阻力，近似把推出的铅球看做是平抛运动。其次，构建解题所需的物理量，即，必须构建王刚同学的身高、铅球质量这两个物理量；再次，引导构建数据。估计高二王刚同学的身高应该约为h=1.7m，根据学生体育活动经验可知高二同学体育比赛用铅球质量是m=5kg，还有王刚同学的冠军成绩s=10.20m，这样，一个完整的平抛运动的物理模型建立起来了，这时可转化为一个抽象物理问题。最后，根据平抛运动的相关知识推算的公式，代入对应物理量的数值即可算出，王刚同学对铅球所做的功约为765J。至此，本原始物理问题得到解决。
2.利用教材中的原始物理问题学习物理模型建立的过程与方法
[案例二]（司南版《高中物理》（必修1）中“迷你实验室”创设的原始物理问题）试一试，如果要把一堆书尽可能地垒得向一侧倾斜，你能够使最顶上的一本书超出桌子边缘多少？想一想，书要怎样才能保持平衡？
物理模型的建立：忽略次要因素，即把书抽象为形状相同、质量相等、密度均匀的长方体，设其长为L，质量为m。
物理模型处理的方法：这个原始物理问题的实质上是一个力的平衡问题，由于书的不确定性，可以先从最上端的书开始研究，且要满足“尽可能地垒得向一侧倾斜”即最底部一本书的距离s为最大（如下页图2所示）。
解析：计算最上面书伸出桌子边缘的最大长度，可采用从上往下分析。书本1的重力作用线应与书本2边缘相切，可知书本1可在书本2外伸出
=L/2。
书本1、2整体的重力作用线应与书本3边缘相切。要使最上面两书本1、2相对于书本3有最大伸长量且不翻倒，要求最上面两本书的重心不超过书本3最右端的支点O。对于书本1、2的重力，以支点O是满足杠杆平衡条件的。设最上面的书本1重心与长方体3最右端的距离为x，书本2的重心到O点的距离为（L/2-x），如下页图3所示，根据杠杆平衡原理有：
树立建立物理模型意识：既要在某一方面反应真实事物的本性，又要便于我们用已有的知识进行处理。
在物理教学中，通过教材创设的原始物理问题的解决，让学生学会了把原始物理问题进行抽象后建立物理模型的过程与方法，实现了由原始问题抽象到物理习题的转化，可以从而使学生建立物理模型的能力得到提高。
3.体现原始物理问题的特性的建模方式是高考物理命题改革的方向
在物理教育界，已经有越来越多的人重视原始材料的使用，真实地体现原始物理问题所具有客观真实性、隐蔽性和开放性等特点。高考试题也越来越多地出现“情境题”、“信息题”等原始物理问题，这是一个好的趋势，也体现高考命题改革的方向。
[案例三]（2011年高考（福建卷）理综第21题）如图4为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部AB是一长为2R的竖直细管，上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，AB管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧。投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去。设质量为m的鱼饵到达管口C时，对管壁的作用力恰好为零。不计鱼饵在运动过程中的机械损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能。已知重力加速度为g。求：已知地面与水面相距1.5R，若使该投饵管绕AB管的中轴线OO在90。角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在到m之间变化，且均能落到水面。持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积S是多少？
过去我们对物理公式的计算过于重视，把实际的原始问题抽象为物理模型做得太少，高中生建立物理模型的能力普遍不高，影响了学生解决实际问题的能力。
在高考物理中能够体现物理问题的情景性、原始性，对于学生将物理知识与现实的物理现象相结合，掌握建立物理模型时分析原始物理问题，抓住主要因素、忽略次要因素、排除无关因素，抽象出合理的物理模型起一个很好的引领作用。
总之，在物理教学中，要引导学生运用并分析原始物理问题，培养学生从实际问题中抽象出物理模型的能力，以提高学生解决实际问题能力。