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1、探寻物理教学中建立数学模型 本文通过在物理教学中引导学生根据物理问题建立数学模型的教学经验,探讨了如何在物理教学中提高学生运用物理理论解决实际问题的能力,进而把物理教学与素质教育 有效地结合起来。 实验是物理学发展的基础,也是检验物理理论的重要手段。然而,由于经典物理学的基础理论已经趋于成熟,基本概念、基本定律都是经过前人的实验并在生产实践中得到广泛应用后确定下来的,因此几乎各个国家在大学物理教学的基础阶段,都存在着实验课的比例相对偏低这种倾向,对这种倾向,通过物理教学进行素质教育显然是不利的。毫无疑问,如何将物理基础理论的教学同对学生的素质教育结合起来,是当前需要认真探讨的课题。 一、建立物
2、理问题的教学模型,提高物理教学的素质教育水平 大学物理专业一、二年级的学生所学的课程,主要是以普通物理为主的基础理论。这部分理论以经典物理的内容为主,相对来说已经稳定,许多实验没有重复进行的必要。正因为如些,大学物理专业前两年,学生也是感到学习最吃力、最困难的阶段。为了使学生能够扎实灵活地掌握基础理论,为学习后续课程奠定坚实的基础,我们结合为大学物理专业一、二年级的学生同时开设的数学分析课程,引导学生通过对物理问题建立数学模型的方法来提高物理教学的素质教育水平,经过一段时间的尝试取得了一些初步成果。 例如,在普通物理的力学教学中,学生感到最困难的是独立解题,总觉得所学理论与解决实际问题之间有很
3、大的距离。针对这一点,我们在教学中从具体问题入手,通过建立数学模型引导学生深入领会物理概念,提高运用物理理论解决实际问题的能力。在物理教学中,建立数学模型的含义是将物理学定律用数学形式准确地表达出来,即建立的数学方程要准确直观地反映物理定律。只有做到这一点,学生对问题的数学表达式,才能在物理概念上透彻领会,不会感到茫然。 示例深水炸弹的水下运动。 二、开展上述教学的体会 在物理教学中,从“深水炸弹水下运动”这个具体的物理问题入手,通过建立数学模型,能够使学生从运动学问题深入到动力学问题,有助于学生综合运用所学的物理理论,从而克服传统物理教学中学科划分过细所导致的基本概念难以把握的弊端。对此,我
4、们有以下几点体会 1、问题要紧紧围绕基本概念 例如,上述的“深水炸弹水下运动”这个具体的物理问题中,包含着以下几个方面的问题 运动学方向的问题。深入炸弹在投掷前,与海平面有着一段距离(高度为h米),所以在炸弹落至海平面以前属于运动学问题,运动规律遵循式(1) v0= 问题的这个阶段,学生所遇到的是比较简单的物理概念,在理解上也不会存在什么困难。 运动学问题的深化。当深水炸弹落入海平面瞬时,运动学的问题开始深化,对炸弹运动规律的描述也由代数方程进入到了微分方程(2)x(t0) = 0,dx/dt|t=t0=v0= 问题的这个阶段,部分学生会遇到理解上的困难,这就需要特别强调说明炸弹运动的这个 初
5、始状态是因为物体在空气中的运动与在水中的运动所遵循的规律是不同的。 动力学问题的介入。炸弹在进入海水中后,会遇到海水所产生的阻力,通过对炸弹受力情况的分析后,可根据摩擦力与速度的关系建立式(3) 问题的这个阶段,学生在理解上不会存在太大的困难,但对问题由运动学转向动力学需要特别说明。 2、问题要有一定的综合性 在传统的物理教学中,教师所遵循的教授法是讲解基本概念;按照所讲解的内容,解几个例题,只要达到学生能够独立解题的目的就可以了。实践证明,这样的教学方法,是不适宜培养学生综合运用所学到的理论知识的,也无法使学生从整体上把握所学到的理论知识。所以,问题一定要紧密结合学生所掌握的、正在学习的各方面的知识,使学生在综合性较高的问题中,能够充分地运用自己多方面的知识,通过综合问题的解决,建立数学模型的实践,灵活、扎实地掌握所学的理论。 3、问题要有针对性 大学物理专业的一、二年级的学生,无论是本专业的理论还是同时学习的数学分析课程,都还在比较低的阶段,对于涉及到复杂数学理论、综合性很高的问题,还没有去引导他们建立数学模型。因此,问题不仅要针对学生的专业特点,还要与学生同时开设的其它课程同步,只有这样才能收到预期的效果,提高物理教学的素质教育水平。
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