建构物理模型的教学实例

建构物理模型的教学实例

作者：曾小明李清华

来源：《理科考试研究·高中》2013年第01期

随着新课程标准的实施，高中物理教学中让学生学会探究和创新越发显得更重要，而这一切又离不开物理建模能力的培养.如何帮助学生树立建模意识，构建物理模型，运用建立起的物理模型解决实际问题，是中学物理教学的一个重点，也是难点.因此教师在课堂教学中要积极挖掘教材中可供学生自主构建物理模型的内容，大胆尝试，使课堂教学实现学习方式多样化，使学生具有不同的认知途径.从而在课堂教学中培养学生的创新精神和实践能力、树立终身学习的意识、提高终身学习的能力等方面发挥作用，最终促进学生的全面发展.

高一物理教学中可对《单摆》这一节课（人教版选修3-4第十一章的第四节）进行物理模型处理，以简谐运动和圆周运动两个物理模型为主线进行教学.

一、教学目标分析

单摆是第十一章《简谐运动》继弹簧振子之后的又一个基本运动模型.它是机械振动的核心内容，既是本章的中心，又是本章的教学重点，也是一个圆周运动的典型模型，因而是很多省份高考中考查的热点.这节课还用到了理想化方法、科学近似处理方法、控制变量法帮助学生建构"单摆"这个物理模型.

二、情景创设

新教学之前，设计一个故事和一些演示实验使学生很快熟悉单摆的运动形式，为学生建立单摆模型提供必要的直观形象.

1.讲述故事（伽利略发现“摆”的等时性）

通过故事将“摆”的规律用于制作摆钟的技术，对学生是一次很好的模型教学的教育.学生将形成从建立到应用模型的直观感受.

2.小实验

演示实验①：单摆摆球的摆动；演示实验②：摆钟的摆动

在引入生动的故事的基础上，通过实验演示，向学生展现单摆的各部件，使学生初步认识单摆这个实体模型.另外也能使得学生很快熟悉单摆这种运动形式，为学生建立单摆振动模型提供必要的直观形象.

三、构建单摆的理想化模型

1.指导学生阅读课文有关内容.

2.要学生回答什么是单摆.

如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置叫单摆.

3.激励评价并提出问题：为什么对单摆有上述限制要求呢？

4.教师小结

（1）线的伸缩和质量可以忽略——使摆线有一定的长度而无质量，质量全部集中在摆球上.

（2）线长比球的直径大得多，可把摆球当作一个质点，只有质量无大小，悬线的长度就是摆长.

5.总结.通过上述学习，知道单摆是实际摆的理想化的物理模型.

这个模型的建立首先以观察、实验以及已有的知识为基础，而后运用抽象思维，进行分析、综合、归纳和概括.抽象出反映事物主要因素和本质特征，用抽象思维构建理想化的物理模型.

四、构建单摆简谐运动模型

单摆模型是把实际摆球视作质点，系统质量集中在摆球上，这样摆球受到的空气阻力可以忽略不计，摆球的运动只由重力和绳子的拉力决定，摆球只在竖直平面内做偏角很小的振动.

1.演示：用力将摆球拉离平衡位置，使摆线与竖直方向成一角度，然后释放，并利用多媒体课件动画模拟单摆的摆动.

2.“抛出式”教学实施过程

（1）由教师提出问题

问题一：学生认为摆球做什么运动？

（2）由学生对照以往学习过的运动模型的特点进行判断

学生可能回答：以悬挂点为圆心在竖直平面内做圆弧运动.

学生还可能答：摆球以平衡位置O为中心往复运动.

（3）再由教师提出问题

问题二：是什么原因导致摆球以平衡位置O为中点的一段圆弧做往复运动呢？