如何培養「物理建模」思維

2022-05-21 05:00:36 字數 873 閱讀 2216

所謂「建模」就是建立模型,即為了更好地認識、理解事物而對具體事物做出的一種抽象處理,或是對事物所做出的一種無歧義的書面描述。而「物理建模」就是人們為了研究自然界各物體的運動規律、相互作用及其變化時對實際問題進行科學抽象的處理,用一種反映物理問題本質特徵的理想物質、過程、結構、相互作用,去描述實際的事物、過程、結構與相互作用。「建模」既是一種思維過程,也是一種思維方法,其實質就是將隱藏在複雜的物理情景中的研究物件或物理過程進行簡化、抽象、模擬、提煉。

因此,「建模」的目的就是根植於具體的物理情景並將其呈現出來,從而達到初步分析、處理和解決實際生活中的物理問題,以利於社會的可持續發展和可持續發展教育。下面結合本人長期的高中物理教學實踐,談談如何引領學生培養「物理建模」思維。

一、真實的物體用抽象化方法建構模型

所謂真實的物體就是我們日常生活中常見的實際物體,當我們要分析這些物體的結構、運動規律或相互作用時,常常將它們的具體形狀、體積、大小等次要因素忽略而抽象成一種理想化模型,用以分析這些物體的結構、運動規律及相互作用。如運動學中的物體常被抽象成質點;力學中在分析物體的受力時常被抽象成小球、矩形體、輕繩與輕杆等;熱學中將實際氣體視為理想氣體;在電學中將帶電體視為點電荷,將導線視為超導體;光學中將光束視為光線等等。

二、物體的運動用標準化運動建構模型

高中物理新課程標準所要求考生熟悉並掌握的物體運動,通常是勻速直線運動、勻變速直線運動、拋體運動、圓周運動、簡諧運動與波動。我們在此將它稱為運動的「元」運動。實際物體的運動往往包含這些「元」運動的一種或幾種。

因此在研究實際物體的運動問題時,常將物體的實際運動拆分成以上幾種「元」運動,再利用自己所掌握的「元」運動知識解決實際問題。如帶電粒子在電場中的加速與偏轉運動,可拆分為勻加速直線運動和拋體運動規律;帶電粒子在電磁場中的運動,常被拆分為勻速或勻變速直線運動、拋體運動及圓周運動等等。

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