物理建模的思想方法-ppt课件.ppt
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1、高中高中物理建模物理建模课程开发的研究课程开发的研究 慈溪中学慈溪中学 叶叶 全全 浩浩本课题获宁波市第五届基础教育教学成果奖本课题获宁波市第五届基础教育教学成果奖o 教育研究最佳实验室之一就是教室。教育研究最佳实验室之一就是教室。o 教师专业发展最佳途径之一就是课题研教师专业发展最佳途径之一就是课题研究。究。o 教师执教能力发展最佳途径之一就是课教师执教能力发展最佳途径之一就是课程开发。程开发。 一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义1、 研究思想的产生研究思想的产生 1989届、届、1992届、届、1995届连续三届学生的高届连续三届学生的高考成绩与全国物理竞赛成绩引起我对自己教学过程考
2、成绩与全国物理竞赛成绩引起我对自己教学过程的思考,发现课堂教学中重视物理过程的分析与物的思考,发现课堂教学中重视物理过程的分析与物理思维方法教育对提高学生物理水平比较有效,两理思维方法教育对提高学生物理水平比较有效,两者结合起来就是要重视物理建模的过程。者结合起来就是要重视物理建模的过程。因而因而1996年开始就着手进行物理建模的研究。年开始就着手进行物理建模的研究。 2、 建模是人类预测能力发展、社会建模是人类预测能力发展、社会文明程度提高的重要标志文明程度提高的重要标志.o 建模思想渗透于各个领域,如:房屋建建模思想渗透于各个领域,如:房屋建筑模型、航空航天模型、桥梁建筑模型、筑模型、航空
3、航天模型、桥梁建筑模型、经济动力学模型等。经济动力学模型等。o 法国科学方法论学者阿雷指出:科学的法国科学方法论学者阿雷指出:科学的基本活动,就是探索和制定模型。基本活动,就是探索和制定模型。 3、数学建模活动,引起我对物理建模的、数学建模活动,引起我对物理建模的进一步思考。进一步思考。 物理学原是客观研究物质万象的学科,物理学原是客观研究物质万象的学科,建模思建模思想源于物理,物理教学本身就是一种物理模型的想源于物理,物理教学本身就是一种物理模型的教学,它是景象与意象相结合的教学,也是具象教学,它是景象与意象相结合的教学,也是具象与抽象相结合的教学。是与抽象相结合的教学。是感性思维与理性思维
4、的感性思维与理性思维的统一。统一。在物理学习中培养学生的建模思维,有得在物理学习中培养学生的建模思维,有得天独厚的学科优势。物理建模教育可以使学生冲天独厚的学科优势。物理建模教育可以使学生冲破现实与经验的局限,对物理概念和规律进行心破现实与经验的局限,对物理概念和规律进行心理成像;用建模作为认知的工具,可形成富有想理成像;用建模作为认知的工具,可形成富有想象力的教学。象力的教学。 4、普通高中物理课程标准普通高中物理课程标准 在过程与方法的目标中指出:在过程与方法的目标中指出:“通过物理概念和物理规律的学习过通过物理概念和物理规律的学习过程,了解物理学的研究方法,认识物程,了解物理学的研究方法
5、,认识物理实验、物理模型和数学工具在物理理实验、物理模型和数学工具在物理发展中的作用。发展中的作用。” 5、浙江省深化普通高中课程改革、浙江省深化普通高中课程改革 (六)增加选修。选修课程分为知识拓展、职业(六)增加选修。选修课程分为知识拓展、职业技能、兴趣特长、社会实践等四类。(技能、兴趣特长、社会实践等四类。(1)知识拓展类)知识拓展类选修课程包括必修内容的拓展课程、大学初级课程、选修课程包括必修内容的拓展课程、大学初级课程、介绍学科最新成果的课程和学科应用性课程等,旨在介绍学科最新成果的课程和学科应用性课程等,旨在让学生形成更为扎实的知识基础。(让学生形成更为扎实的知识基础。(2)职业技
6、能类选)职业技能类选修课程是通过中等职业学校合作,从职业教育引入的修课程是通过中等职业学校合作,从职业教育引入的职业教育课程,旨在让学生掌握一定的职业技能,培职业教育课程,旨在让学生掌握一定的职业技能,培养创新精神和动手能力。(养创新精神和动手能力。(3)兴趣特长类选修课程为)兴趣特长类选修课程为有助于培养学生兴趣,发展个性特长的各类课程。(有助于培养学生兴趣,发展个性特长的各类课程。(4)社会实践类选修课程指指调查探究活动、社会实践活社会实践类选修课程指指调查探究活动、社会实践活动、校园文化活动、学生社团活动等课程。动、校园文化活动、学生社团活动等课程。6、有利于提高学生科学思想方法。、有利
7、于提高学生科学思想方法。 o 物理建模着重解决与物理模型相关的建物理建模着重解决与物理模型相关的建模问题,为学生之后的学习与工作打下模问题,为学生之后的学习与工作打下方法论基础。从哲学角度来说,在处理方法论基础。从哲学角度来说,在处理具体问题时,学会抓住事物的主要因素具体问题时,学会抓住事物的主要因素与本质特征,忽略事物的次要因素,从与本质特征,忽略事物的次要因素,从而科学地解决问题。而科学地解决问题。 二、二、物理建模物理建模课程的构建与实施课程的构建与实施 o 本课题已经历整整本课题已经历整整16年的研究与实践,年的研究与实践,共分三个阶段。共分三个阶段。o 第一阶段,第一阶段,1996年
8、到年到1999年。年。对高中对高中物理教材中建模过程进行梳理。初步物理教材中建模过程进行梳理。初步确确定物理建模的目标、内容、过程、策略定物理建模的目标、内容、过程、策略 。o 分析高中物理建模的过程。分析高中物理建模的过程。总是遵循这总是遵循这样一条重要的方法论原则,即从简到繁,样一条重要的方法论原则,即从简到繁,先易后难,循序渐进,逐步深入。先易后难,循序渐进,逐步深入。 分析物理模型的特点。分析物理模型的特点。 o 物理模型是抽象性和形象性的统一。物理模型是抽象性和形象性的统一。 o 物理模型的建立是舍弃次要因素,把握物理模型的建立是舍弃次要因素,把握主要因素主要因素,化复杂为简单,完成
9、由现象到化复杂为简单,完成由现象到本质、由具体到抽象的过程,而模型的本质、由具体到抽象的过程,而模型的本身又具有直观形象的特点。本身又具有直观形象的特点。 o 物理模型是科学性和假定性的辩证统一。物理模型是科学性和假定性的辩证统一。o 理想模型来源于现实,又高于现实,是理想模型来源于现实,又高于现实,是抽象思维与形象思维相结合的结果。抽象思维与形象思维相结合的结果。 分析物理模型的主要功能。分析物理模型的主要功能。 o可以使问题大为简化,从中较为方便可以使问题大为简化,从中较为方便地得出物理基本规律。地得出物理基本规律。 o可以对模型讨论的结果稍加修正,即可以对模型讨论的结果稍加修正,即可用于
10、实际事物的分析和研究。可用于实际事物的分析和研究。 o有助于对客观物理世界的真实认识,有助于对客观物理世界的真实认识,达到认识世界,改造世界的目的。达到认识世界,改造世界的目的。 总结高中物理模型的类型。总结高中物理模型的类型。 o 根据物理研究的内容进行分类,高中物根据物理研究的内容进行分类,高中物理模型类型有:研究对象模型化,研究理模型类型有:研究对象模型化,研究对象所处的条件模型化,理想化实验,对象所处的条件模型化,理想化实验,物理中的数学模型等。物理中的数学模型等。o经研究认为物理建模的前提是学生头经研究认为物理建模的前提是学生头脑中必须有丰富的物理表象。脑中必须有丰富的物理表象。 第
11、二阶段,第二阶段,2000年到年到2005年,年,构建构建物理建模物理建模课程的结构课程的结构 。 第一章第一章 物理建模的意义及作用物理建模的意义及作用1、什么叫物理模型、什么叫物理模型 2、物理模型在物理学发展中的作用、物理模型在物理学发展中的作用 3、物理建模有利于形成正确的科学文化、物理建模有利于形成正确的科学文化 第二章第二章 物理建模的思想方法物理建模的思想方法4、物理建模的思想方法、物理建模的思想方法 5、物理建模的原型、物理建模的原型 6、物理建模的基础、物理建模的基础 7 7、物理建模的科学方法、物理建模的科学方法 8 8、物理模型的进化、物理模型的进化 第三章第三章 物理模
12、型的分类物理模型的分类 9 9、对象模型、对象模型 1010、条件模型、条件模型1111、过程模型、过程模型1212、数学模型、数学模型 第四章第四章 典型的物理模型典型的物理模型1313、天体运行模型、天体运行模型1414、弹簧振子模型、弹簧振子模型1515、单摆振动模型、单摆振动模型1616、理想气体模型、理想气体模型1717、“柱体柱体”导电模型导电模型1818、原子结构模型、原子结构模型 第五章第五章 物理建模在工程技术中的应用物理建模在工程技术中的应用1919、房屋建筑模型、房屋建筑模型2020、桥梁建筑模型、桥梁建筑模型2121、航空航天模型、航空航天模型 第六章第六章 物理建模在
13、物理解题中的应用物理建模在物理解题中的应用2222、物理建模与物理解题、物理建模与物理解题( (模型法解题)模型法解题) 第三阶段,第三阶段,2006年到年到2013年,撰年,撰写纲要,建立比较完整的建模教育体系。写纲要,建立比较完整的建模教育体系。 o 物理建模物理建模课程性质:课程性质:将物理知识、将物理知识、物理方法、物理思想融为一体,理论性物理方法、物理思想融为一体,理论性与技能性相结合的课程。与技能性相结合的课程。o 物理建模教育的目标:物理建模教育的目标:使学生掌握物使学生掌握物理建模的过程与方法;理建模的过程与方法;使学生正确认使学生正确认识高中教科书中的有关物理模型;识高中教科
14、书中的有关物理模型;要要求学生会用物理模型解决一些实际问题。求学生会用物理模型解决一些实际问题。o 物理建模教育的内容:物理建模教育的内容:物理建模教育的物理建模教育的内容框架体系(见校本教材)内容框架体系(见校本教材) 。物理建模教育的基本策略:物理建模教育的基本策略: o 物理建模教育要尽可能地通过实验、图物理建模教育要尽可能地通过实验、图片、模型等方法丰富学生的表象,在客片、模型等方法丰富学生的表象,在客观事实与实验的基础上抽象与构造物理观事实与实验的基础上抽象与构造物理模型。在课堂教学中不断渗透物理建模模型。在课堂教学中不断渗透物理建模教育,介绍科学家物理建模的历史过程教育,介绍科学家
15、物理建模的历史过程与方法。在习题课中有意识地运用物理与方法。在习题课中有意识地运用物理模型解决实际问题,以物理模型为专题模型解决实际问题,以物理模型为专题编印训练题。编印训练题。总结确定高中物理建模的总体思路总结确定高中物理建模的总体思路 o 构建物理模型的主要步骤。构建物理模型的主要步骤。 o 运用物理模型解决实际问题的步骤。运用物理模型解决实际问题的步骤。o 物理建模教育的评价。物理建模教育的评价。o 在此基础上再写课程纲要,按课程纲要在此基础上再写课程纲要,按课程纲要对原教材重新进行修改。对原教材重新进行修改。三、研究成果与反思三、研究成果与反思 经过三个阶段的研究与实践,结累了资经过三
16、个阶段的研究与实践,结累了资料,写出料,写出物理建模课程纲要物理建模课程纲要、物理物理建模建模的校本教材的校本教材( (另附另附) ),形成了物理建,形成了物理建模教育的比较完整的体系。通过物理建模模教育的比较完整的体系。通过物理建模教育的研究得到以下几方面成果:教育的研究得到以下几方面成果: (一)理论成果(一)理论成果 1 1、比较完整地界定了物理建模课程的、比较完整地界定了物理建模课程的基本概念。基本概念。o 1 1、物理模型。、物理模型。模型是一个广义的概念。有模型是一个广义的概念。有一类称为物质模型,另一类称为理想模型。一类称为物质模型,另一类称为理想模型。它是根据人们的抽象思维和想
17、象力,采用理它是根据人们的抽象思维和想象力,采用理想化和纯粹化的办法,所创造的能再现原型想化和纯粹化的办法,所创造的能再现原型的本质联系和内在特性的一种简化模型。后的本质联系和内在特性的一种简化模型。后者是在物理学研究中常用的模型。物理学中者是在物理学研究中常用的模型。物理学中的规律就是通过对理想化的物理模型的研究的规律就是通过对理想化的物理模型的研究得出来的。本课题研究所指的物理模型就是得出来的。本课题研究所指的物理模型就是这一类模型。这一类模型。o 2 2、物理建模。、物理建模。将实际问题转化为纯物理问将实际问题转化为纯物理问题,运用合适的物理模型加以解决叫物理建题,运用合适的物理模型加以
18、解决叫物理建模。模。 3、物理建模的思想、物理建模的思想 o 在客观实际的现象中提取物理问题,为在客观实际的现象中提取物理问题,为了让问题能变得清晰,自然、有条理,了让问题能变得清晰,自然、有条理,我们常常是忽略某些次要因素或暂时可我们常常是忽略某些次要因素或暂时可以不考虑的因素,抓住主要因素各个击以不考虑的因素,抓住主要因素各个击破,建立相应的物理模型,利用物理模破,建立相应的物理模型,利用物理模型,能具体、形象、生动、直观、深刻型,能具体、形象、生动、直观、深刻地反映出事物的本质和特征,明确分析地反映出事物的本质和特征,明确分析思路,然后利用相关规律给以分析处理,思路,然后利用相关规律给以
19、分析处理,解决问题,这就是物理建模的思想。解决问题,这就是物理建模的思想。 从哲学层面上明确以下三项建从哲学层面上明确以下三项建模基本思想:模基本思想: o物理模型的建立不是孤立的,而是与物理模型的建立不是孤立的,而是与周围事物联系在一起的。周围事物联系在一起的。 o物理模型成立是有条件的,相对的,物理模型成立是有条件的,相对的,不是绝对的,所以要用相对的、联系不是绝对的,所以要用相对的、联系的观点看待物理模型。(典型例子)的观点看待物理模型。(典型例子) o物理模型是变化发展的。物理模型是变化发展的。 4、物理建模教育。、物理建模教育。 o 通过实验与事实,丰富学生头脑中的表象,通过实验与事
20、实,丰富学生头脑中的表象,选取高中物理中若干著名的物理模型,通选取高中物理中若干著名的物理模型,通过剖析它们在科学认识中的作用及它们的过剖析它们在科学认识中的作用及它们的建立和发展、演化过程,展示物理模型所建立和发展、演化过程,展示物理模型所包含的丰富内涵及其科学文化。让学生经包含的丰富内涵及其科学文化。让学生经历物理模型的建立过程,从而理解物理知历物理模型的建立过程,从而理解物理知识深刻的内涵及外延,体会将物理知识应识深刻的内涵及外延,体会将物理知识应用于解决实际问题的思维和方法。用于解决实际问题的思维和方法。 5、物理建模教育的作用。、物理建模教育的作用。 o 物理模型是形成物理概念建立物
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