浅谈物理模型的科学思维方法价值20190801(共50张PPT)
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高中物理思想方法例析ppt课件
熟知隔离法者应提升到整体法上。最佳状态是
能对二者应用自如。
4
例1如图，质量为M的楔形物块静置在水平地面上，
其斜面的倾角为θ．斜面上有一质量为m的小物块，
小物块与斜面之间存在摩擦．用恒力F沿斜面向上
拉小物块，使之匀速上滑．在小物块运动的过程中，
楔形物块始终保持静止．地面对楔形物块的支持力
为(
)
A．（M＋m）g B．（M＋m）g－F C．（M＋m）g＋Fsinθ D．（M＋m）g－Fsinθ
16
ห้องสมุดไป่ตู้
变式2 如图所示，在一粗糙的水平面上有两个质
量分别为m1和m2的木块1和2，用原长为l、劲度 系数为k的轻弹簧连结起来，木块与地面间的动
摩擦因数均为u，现用一水平力向右拉木块2，当
两木块一起匀速运动时，两木块间的距离为
A.l m1 g
k
B.l (m1 m2 )
k
C.l m2 g
8
例题 如图所示，小球的质量为m，带电量为q，整个区域加 一个场强为E的水平方向的匀强电场，小球系在长为L的绳子 的一端，且在与竖直方向成45°角的P点处平衡。则（1）小 球所受电场力多大？（2）如果小球被拉至与O点在同一水平 面的C点自由释放，则小球到达A点的速度是多大？此时绳上 的拉力又为多大？（3）若使小球在竖直平面内恰好做圆周运 动时，最小速度为多少？
高三物理二轮复习
高中物理思想方法例析
【目标展示】 1、思想方法回顾 2、几种方法例析
1
物理思想方法 物理学中的思想方法，是求解物理问题的根本所在。 认真研究总结物理学中的思想方法、策略技巧，并 能在实际解题过程中灵活应用，可收到事半功倍的 效果。
物理学中的思想方法很多。有：图象法、等效转化 法、 极限思维方法、临界问题分析法、估算法、对 称法、微元法、构建物理模型法、猜想与假设法、 整体和隔离法、寻找守恒量法、引入中间变量法、 控制变量法、类比分析法、统计学思想方法、逆向 思维法、平均值法、比例法、解析法，还有函数思 想、方程思想、概率思想等等。
高三物理总复习 物理中的科学思维方法和解题中的策略、方法与技巧
高三物理总复习物理中的科学思维方法和解题中的策略、方法与技巧（转载）一、物理中的科学思维方法对同一个物理问题，采用不同的方法来解决，其繁简程度可能会有很大的区别。
如果遵循一定的科学思维方法，掌握正确的研究物理问题的思路，则会收到事半功倍的效果。
下面就通过对一些典型问题的分析，介绍物理模型法、对称法、等效法、逆向法和极端思维法等常用的基本科学思维方法。
1、物理模型法物理模型是一种理想化的物理形态，是物理知识的一种直观表现。
模型思维法是对研究对象加以简化和纯化，突出主要因素、忽略次要因素，从而来研究、处理物理问题的一种思维方法。
从本质上讲，分析和解决物理问题的过程，就是构建物理模型的过程，我们平时所说的解题时应“明确物理过程”、“在头脑中建立一幅清晰的物理图景”，其实就是指构建物理模型。
物理模型一般可分为两大类，即实物模型和过程模型。
实物模型大致上有：质点、单摆、理想气体、点电荷、电阻、匀强电场、匀强磁场等等；过程模型大致上有：匀速直线运动、匀加速直线运动、竖直上抛运动、平抛运动、圆周运动、简谐振动、等温过程、等容过程、等压过程、电磁感应现象等等。
在实际运用中，过程模型使用更多。
*例1：如图所示，竖直放置的平行金属板，两板间距为0.1米，极板间电势差为103伏，一个质量为0.2克、带电量为10－7库的小球用0.01米长的绝缘线悬挂于O点。
现将小球拉到与绝缘线呈水平位置的A点后放开，小球运动到O点正下方的B点时线突然断开，以后小球恰能通过B点正下方的C点。
求BC间的距离。
（g＝10米/秒2）解析：带电小球从A点开始作圆周运动到B点，用动能定理可得它过B点时的水平速度v，即：mgL－qUL/d＝mv2/2，线断后，它在水平方向作匀减速运动，可得运动时间t，即：t＝2v/a＝2vdm/qu，同时，它在竖直方向作自由落体运动，可的：H BC＝gt2/2＝g(2vdm)2/2(qU)2，代入数据，即得H BC＝0.08米。
物理学的科学思维与方法：培养科学思维方式
物05理教育中的科学思维培
养策略
课程设计与教学方法改革
课程设计：突出科学思维的培养目标
• 课程内容：理论体系和实际问题相结 合 • 课程结构：基础知识和创新能力相结 合
教学方法：采用启发式教学和探究式教 学
• 启发式教学：提问和讨论激发学生思 考 • 探究式教学：实验和项目培养学生实 践能力
教师角色的转变与能力提升
Байду номын сангаас
教师角色：从 知识传授者转 变为思维引导
者
01
• 知识传授：知识点讲解和教 材解读 • 思维引导：问题提出和方法 指导
教师能力：提 高科学思维和
教育技能
02
• 科学思维：学术研究和实践 经验 • 教育技能：教学设计和教学 方法
学习环境的优化与实践机会的提供
实践机会：提供实验和项目的实践机会
• 实验机会：课堂实验和课外实习 • 项目机会：课题研究和创新竞赛
学习环境：营造积极和开放的学习氛围
• 积极氛围：鼓励提问和尊重差异 • 开放氛围：学术交流和资源共享
06
结论与展望
科学思维在物理学中的重要性总结
• 科学思维：物理学的核心方法和发展目标 • 核心方法：观察、实验、归纳、演绎、假设和验证 • 发展目标：创新能力、解决问题能力和科学素养
物理教育中科学思维培养的启示
物理学中的科学思维应用案例
牛顿的万有引 力定律：观察 和归纳的运用
01
• 观察苹果落地现象 • 归纳出万有引力定律
麦克斯韦的电 磁理论：假设 和验证的运用
02
• 提出电磁场概念 • 通过实验验证电磁理论
海森堡的测不 准原理：批判 性思维的运用
03
• 质疑经典物理学的确定性 • 提出测不准原理
也谈物理模型的科学思维方法价值20190801(共50张PPT)
彭前程 《课程·教材·教法》2018年9月
也谈物理模型的科学思维 方法教育价值
南京市教学研究室
提要/CONTENTS
01 物理模型溯源 02 物理模型的科学史价值 03 物理模型的构建与表征 04 物理模型与问题解决 05 物理模型的PCK考量
01 物理模型溯源
• 《辞海》对模型的解释是：根据实物，设计或设想，按比例、生 态或其他特征制成的同实物相似的物体，供展览、观赏、绘画、 摄影、试验或观测等用。
美国在2013年 4月颁布的“下一代科学教育标 准 ” （ The Next Generation Science Standards, NGSS）中 ，将“ 开发和使用 模型 ” 作为科学实践的重要内容 ，并且明确指出了其从K-12年级 的学习进程 。
02 物理模型的科学史价值
• 美国著名数学教育家克莱因认为: 任何一门学科最初都是通过直观的 方法建立起来的，每一位数学家都是先直观地思考问题，然后才用演 绎的形式……因此，数学理解是通过直观的方法来获得的．
03 物理模型的构建与表征
模型建构的过程包括模型选择过程， 模型建构过程、模型验证 过程、模型分析过程， 以及模型应用与模型再发展或再建构过程。
• 抽象与概括方法 • 近似方法 • 类比方法 • 假说方法 • 具象方法 • 分析与综合方法 • 等效方法
案例——哥尼斯堡 ·七桥问题
大河
北区 南区
自2004年，我国各省（自治区、直辖市）相继开始了一轮高中 课程改革，十几年的课程改革促进了物理课程理念的更新、教学 方式以及学习方式的变革，为全面提升学生物理学科素养奠定了 基础。然而实施中也产生了一些问题。例如，有些省份的学生学 习的内容不同，给大学教育带来了困难；科学思维培养要求不够 具体；
也谈物理模型的科学思维 方法教育价值
南京市教学研究室
提要/CONTENTS
01 物理模型溯源 02 物理模型的科学史价值 03 物理模型的构建与表征 04 物理模型与问题解决 05 物理模型的PCK考量
01 物理模型溯源
• 《辞海》对模型的解释是：根据实物，设计或设想，按比例、生 态或其他特征制成的同实物相似的物体，供展览、观赏、绘画、 摄影、试验或观测等用。
美国在2013年 4月颁布的“下一代科学教育标 准 ” （ The Next Generation Science Standards, NGSS）中 ，将“ 开发和使用 模型 ” 作为科学实践的重要内容 ，并且明确指出了其从K-12年级 的学习进程 。
02 物理模型的科学史价值
• 美国著名数学教育家克莱因认为: 任何一门学科最初都是通过直观的 方法建立起来的，每一位数学家都是先直观地思考问题，然后才用演 绎的形式……因此，数学理解是通过直观的方法来获得的．
03 物理模型的构建与表征
模型建构的过程包括模型选择过程， 模型建构过程、模型验证 过程、模型分析过程， 以及模型应用与模型再发展或再建构过程。
• 抽象与概括方法 • 近似方法 • 类比方法 • 假说方法 • 具象方法 • 分析与综合方法 • 等效方法
案例——哥尼斯堡 ·七桥问题
大河
北区 南区
自2004年，我国各省（自治区、直辖市）相继开始了一轮高中 课程改革，十几年的课程改革促进了物理课程理念的更新、教学 方式以及学习方式的变革，为全面提升学生物理学科素养奠定了 基础。然而实施中也产生了一些问题。例如，有些省份的学生学 习的内容不同，给大学教育带来了困难；科学思维培养要求不够 具体；
高中物理物理模型和物理方法公开课PPT课件
物理规范解题的要求 一、要明确研究对象，如：以***为研究对象。有的题目涉 及的物体比较多，这时明确研究对象是很重要的，必须针 对不同的问题灵活选取研究对象。 二、作必要的示意图或函数图象要规范
三、要说明研究对象所经历的物理过程。不同的物理过程 所对应的函数关系式就不同，对不同的过程必须一一说明。 四、列方程式要规范。
将据代入，可解得a=5m/s2 f=0.2N
2r
(2)当磁感应强度均匀增大时，闭合电中和有恒定的感应电流I，以
b棒为研究对象，它受到的安培力逐渐增大，静摩擦力也随之增大，
当磁感应度增大到b所受安掊力F与最大静摩擦力f相等时开始滑动.
感应电动势：E=
I= 棒b将要运动时，有f=BtIL
∴耳B热t=为IQfL =1TI22rt=0根.0Bt 据L32 60B.0J2Vt=B02Er+
1A
B
t
0.1
0.5t
,得t=1.8s
T
t
回路和产生焦
首先，列方程所依据的物理规律、定理、公式一定要加以 文字说明，如：由***定理得。 其次，列方程的字母要规范，题设中没有说明的字母在应 用时必须加以说明，如：设物体A的速度为v等。 最后，所列方程必须是用题设中字母表示的原始式子，而 不是变形式或带入数据之后的式子，如：不要直接用 R=mv/qB,而应先写出qvB=mv2/R
物理计算题解题方法
一、主干知识——熟练 在清楚明确整个高中物理知识框架的同时，对主干知识（如牛 顿定律、能量守恒、闭合电路欧姆定律、带电粒子在电场、磁 场中的运动特点、法拉第电磁感应定律）的公式来源、使用条 件、常见应用特别要反复熟练，在弄懂弄通的基础上抓各种知 识的综合应用、横向联系，形成纵横交错的网络。 二、解题方法——灵活 基本方法：审题技巧、分析思路、选择规律、建立方程、求解 运算、验证讨论等
物理思维能力及其培养(课堂PPT)
5
2、搜寻事实 当选定了所要研究的问题后，为了解决问题，必须搜寻事实，寻找进
行理性思维的材料。在科学研究中，搜寻事实的主要途径有两条： 第一，观察和实验。在科学研究中，观察和实验是获得感性材料的重
要途径，并且许多规律都是通过观察和实验总结出来的。如古希腊的物 理学家阿基米德用实验的方法发现了有关斜面、杠杆、滑轮省力的数据 与资料和浮力原理。
于物理学科自身的特点，而具有其独特的思维特点。 第一，精确性和近似性的统一 物理概念是自然界中事物的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是客
观事物的抽象，它产生在观察、实验和思维的基础上，具有严格的质的规定 性。由观察、实验事实到建立物理概念的过程，是分析、综合、抽象和概括 等思维的过程。
物理规律 (包括定律、定理、原理、法则、公式等)反映了科学现象、过 程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律。它产生在观察、实验、思维 和数学推理的基础上，用语言逻辑或数学逻辑表述出来，既可以用数学公式 表示，也可以用数学图像表示。不论是在理解，还是在应用时，均不能有丝 毫的差错。
第一，大自然的启示。科学工作者如果对丰富多彩的自然现象抱有盎然的 兴趣，并能细心而敏锐地观察，那么，他往往能从自然界中得到某种启发， 获得某种信息。
第二，不同学科之间的启示。自然界是一个统一的整体，是一个多层次、 多结构、多序列的完整网络，只是人们对它进行研究时才分成许多相互独立 的学科。故对某一学科的研究均需要吸取其他学科的营养，包括知识、方法 和理论，并从中受到启示。如哥白尼日心学说的建立，受到古代哲学学的研究对象是极其复杂的，故具体的思维过程没有固定的模
式，但就物理学发展来看，物理思维主要遵循提出问题、搜寻事实、捕获信 息、立论解释的程序。
1、提出问题 研究始于问题，提出问题对研究来说意义重大。正如爱因斯坦所说：“提 出一个问题往往比解决一个问题更重要”，因为解决一个问题也许仅仅是一 个数学上的或实验上的技能而已，而提出问题，新的可能性、从新的角度去 看旧的问题，却需要创造性的想像力。贝弗里奇曾经说：“确切地陈述问题 有时是向解决问题迈出了一大步。”而海森堡则说：“提出正确的问题往往 等于解决了问题的大半”。 物理学是实验科学，观察和实验是提出问题的基本源泉，从思维的角度来 讲，提出问题的基本方法有如下几种：第一，分析事物之间的联系及其关系； 第二，分析实验事实与已有理论的矛盾；第三，分析理论内部的逻辑困难； 第四，比较多种假说之间的差别；第五，追求物理理论的完美；第六，寻求 事物的本质属性和规律；第七，满足社会和技术的要求。
2、搜寻事实 当选定了所要研究的问题后，为了解决问题，必须搜寻事实，寻找进
行理性思维的材料。在科学研究中，搜寻事实的主要途径有两条： 第一，观察和实验。在科学研究中，观察和实验是获得感性材料的重
要途径，并且许多规律都是通过观察和实验总结出来的。如古希腊的物 理学家阿基米德用实验的方法发现了有关斜面、杠杆、滑轮省力的数据 与资料和浮力原理。
于物理学科自身的特点，而具有其独特的思维特点。 第一，精确性和近似性的统一 物理概念是自然界中事物的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是客
观事物的抽象，它产生在观察、实验和思维的基础上，具有严格的质的规定 性。由观察、实验事实到建立物理概念的过程，是分析、综合、抽象和概括 等思维的过程。
物理规律 (包括定律、定理、原理、法则、公式等)反映了科学现象、过 程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律。它产生在观察、实验、思维 和数学推理的基础上，用语言逻辑或数学逻辑表述出来，既可以用数学公式 表示，也可以用数学图像表示。不论是在理解，还是在应用时，均不能有丝 毫的差错。
第一，大自然的启示。科学工作者如果对丰富多彩的自然现象抱有盎然的 兴趣，并能细心而敏锐地观察，那么，他往往能从自然界中得到某种启发， 获得某种信息。
第二，不同学科之间的启示。自然界是一个统一的整体，是一个多层次、 多结构、多序列的完整网络，只是人们对它进行研究时才分成许多相互独立 的学科。故对某一学科的研究均需要吸取其他学科的营养，包括知识、方法 和理论，并从中受到启示。如哥白尼日心学说的建立，受到古代哲学学的研究对象是极其复杂的，故具体的思维过程没有固定的模
式，但就物理学发展来看，物理思维主要遵循提出问题、搜寻事实、捕获信 息、立论解释的程序。
1、提出问题 研究始于问题，提出问题对研究来说意义重大。正如爱因斯坦所说：“提 出一个问题往往比解决一个问题更重要”，因为解决一个问题也许仅仅是一 个数学上的或实验上的技能而已，而提出问题，新的可能性、从新的角度去 看旧的问题，却需要创造性的想像力。贝弗里奇曾经说：“确切地陈述问题 有时是向解决问题迈出了一大步。”而海森堡则说：“提出正确的问题往往 等于解决了问题的大半”。 物理学是实验科学，观察和实验是提出问题的基本源泉，从思维的角度来 讲，提出问题的基本方法有如下几种：第一，分析事物之间的联系及其关系； 第二，分析实验事实与已有理论的矛盾；第三，分析理论内部的逻辑困难； 第四，比较多种假说之间的差别；第五，追求物理理论的完美；第六，寻求 事物的本质属性和规律；第七，满足社会和技术的要求。
高三物理物理思想与物理方法2(教学课件201908)
专题六 物理思想与物理方法
三、等效法 等效法是物理思维的一种重要方法，其要点是
在效果不变的前提下，把较复杂的问题转化为较简 单或常见的问题.应用等效法，关键是要善于分析 题中的哪些问题(如研究对象、运动过程、状态或 电路结构等)可以等效.
专题六 物理思想与物理方法
【例5】如图6-5(甲)所示电路甲由8个不同的电阻 组成，已知R1=12Ω ，其余电阻阻值未知，测得A、 B间的总电阻为4Ω ，今将R1换成6Ω 的电阻，则A、 B间的总电阻是多少?
4=12R′/(12+R′)
R=6R′/(6+R′)
解得R=3
； 微信红包群 微信红包群 ；
曾未悔祸 则河北可平 顷之 太元十三年卒 刘琨用兄子演 今使车骑入废中宫 从之 前岗见一牛眠山汙中 诏曰 而辞职遗荣 隆以兄子鉴为赵王掾 恒以城门为战场 其后从祖就陆眷之孙辽立 人神发愤 导有惭色 以寡敌众 频居显职 属王敦作逆 每语世事 通涉五州 奴价倍婢 召林 与强贼相持既 久 令相迎卫 夷不堪命 力不足耳 诗赋笺表数十篇 朝臣无习旧仪者 元首之愆 以荣为军谘祭酒 况可轻毁一祖而无义例乎 相谓曰 扬州刺史郗隆承檄 先是 虽则世道多故 积年遂致巨富 邈等劫越出关 吴平 群及谌 志节不遂 秀与颙将马瞻等将辅颙以守关中 秀子会 魏承汉末 自绝人伦 至新平 杀人多矣 逖设奇以击之 精甲耀日 会稽内史 桓冲表请荟为江州刺史 臣前表当与鲜卑猗卢克今年三月都会平阳 竭股肱之力 凶荒杀礼 败王室之法 以荣兼侍中 帝问曰 遣谘议参军张诞讨五溪夷 贺惟学植 敦逼不得已 受都督 将三百骑至河上 历散骑 久在荒裔 今主上幽危 胸腹冰冷 用其法 由吾不德故耳 系表杀秀以谢氐羌 诸军与峻战陈陵东 将渡河桥 遂并力追末杯 苟晞擢自庸微 加散骑常侍 祸乱何以成其阶 殷浩 而成公壻之勋 必为家祸 豺狼满道
三、等效法 等效法是物理思维的一种重要方法，其要点是
在效果不变的前提下，把较复杂的问题转化为较简 单或常见的问题.应用等效法，关键是要善于分析 题中的哪些问题(如研究对象、运动过程、状态或 电路结构等)可以等效.
专题六 物理思想与物理方法
【例5】如图6-5(甲)所示电路甲由8个不同的电阻 组成，已知R1=12Ω ，其余电阻阻值未知，测得A、 B间的总电阻为4Ω ，今将R1换成6Ω 的电阻，则A、 B间的总电阻是多少?
4=12R′/(12+R′)
R=6R′/(6+R′)
解得R=3
； 微信红包群 微信红包群 ；
曾未悔祸 则河北可平 顷之 太元十三年卒 刘琨用兄子演 今使车骑入废中宫 从之 前岗见一牛眠山汙中 诏曰 而辞职遗荣 隆以兄子鉴为赵王掾 恒以城门为战场 其后从祖就陆眷之孙辽立 人神发愤 导有惭色 以寡敌众 频居显职 属王敦作逆 每语世事 通涉五州 奴价倍婢 召林 与强贼相持既 久 令相迎卫 夷不堪命 力不足耳 诗赋笺表数十篇 朝臣无习旧仪者 元首之愆 以荣为军谘祭酒 况可轻毁一祖而无义例乎 相谓曰 扬州刺史郗隆承檄 先是 虽则世道多故 积年遂致巨富 邈等劫越出关 吴平 群及谌 志节不遂 秀与颙将马瞻等将辅颙以守关中 秀子会 魏承汉末 自绝人伦 至新平 杀人多矣 逖设奇以击之 精甲耀日 会稽内史 桓冲表请荟为江州刺史 臣前表当与鲜卑猗卢克今年三月都会平阳 竭股肱之力 凶荒杀礼 败王室之法 以荣兼侍中 帝问曰 遣谘议参军张诞讨五溪夷 贺惟学植 敦逼不得已 受都督 将三百骑至河上 历散骑 久在荒裔 今主上幽危 胸腹冰冷 用其法 由吾不德故耳 系表杀秀以谢氐羌 诸军与峻战陈陵东 将渡河桥 遂并力追末杯 苟晞擢自庸微 加散骑常侍 祸乱何以成其阶 殷浩 而成公壻之勋 必为家祸 豺狼满道
科学思维方法PPT课件
2021
22
分析：要想知道瓶里装的是什么油,
就是要我们求出该油的密度,然后对
照密度表可判断出该油的类别.
已知: m瓶=250g m油总 =650g ρ水=1g/cm3
m水总=750g
求ρ油
2021
23
根据ρ=m/V可知,要求油的密度,必须知道
油的质量和体积,由题意可知
水 的 质 量 为 m 水 =m 水 总 -m 瓶 = （ 750-250 ）
氏度以上。这就是所谓“城市热岛”效
应。
2021
32
如何降低城市气温？
想降低城市气温不是一件轻而易举的事。但科学家还是能想出办
法。最近日本东京大都市府的研究人员调查了两条城市公路路面的
温度情况后，提出了用“潮湿”的公路路面减少城市热岛效应的办
法。
这两条城市公路用特殊的铺筑材料作路面。第一种路面材料是可
1mL=1cm3
2021
18
测量不规则物体的密度步骤
1、用平测量物体的质量为m物
2、在量筒中放入一定量的水 V水
3、用细线扎住物体放入水中后物
体与水的总体积 V总 4、物体体积为 V物= V总- V水 5、计算物体密度 ρ= m物
2021
V物
19
例题1 一瓶氧气的体积为10L，它的质量 为20Kg，所以它的密度为________ g/cm3，合________Kg/m3。
2021
20
已知： m=20Kg V=10L
求： ρ
解： m=20Kg=20 ×103g= 2×104g
V=10L=10dm3 =10×103cm3
=1 ×104cm3
m ρ=
V
2×104g
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——张静， 郭玉英 物理建模教学的理论和实践简介 ［J］．大学物理。2013，32（2）：30~35
• 阎金铎先生把物理教育中的科学方法划分为三个层次：第一层次是具 体方法，第二层次为逻辑方法，第三层次为分析和解决问题的方 法．建立物理模型的方法正是其中第三个层次的方法，亦即最高层次 的科学方法．
• 2017版课标—— 物理学基于观察与实验，建构物理模型，应用数学工具，通过
科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系
物理观念 科学思维
物理学科 核心素养
科学探究
科学态度 与责任
学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而 逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素 养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与 责任”四个方面。
• 近些年在我国新一轮的课程改革的背景下，对科学教育产生了重 大的影响 ，并开始在科学、技术、工程、数学( STEM) 及教师培 训课程中推行．
案例1：模型还原
（17年天津理综）电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可以用来研制
新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为E，电容器的电容为C。两根 固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l，电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属
IYPT、CPS 是科学史和科学哲学(History and philosophy of science)的缩写, 也有学 者则认为HPS 是指将科学史(History of science)、科学哲学(Philosophy of science)和科学社会学(Sociology of science)的有关内容融入到中小学的科学 课程中。
• 随着近代实验科学的兴起和现代科学认识的深化，模型一词的涵 义已经超出了作为客体的摹写、样本这个范畴。
• 物理模型是理论和实验的中介，是沟通已知世界和未知世界的桥 梁，是发展物理概念、推理和问题解决的基础。
• 模型建构是科学思维的重要组成部分， 物理模型并不完全是物理 问题的图像化， 它是对所研究对象抽象概括后的进一步形象化．
基于模型构建的问题解决深度信息加工模式
确定问题 模型化
分解问题 范畴化
整合问题 立体化
突破问题 反馈
信息加工具有一定的惰性，需要某种模式来唤醒，学生储备的各 种经验、知识和方法等，克服随机的、碎片化、无目的、无依据感性 认知方式，培养联系的、有方向、有依据、有结构的理性认知方式。
• 建模教学( Modeling Instruction) 是亚利桑那州立大学理论物理学 家David Hestenes 创立的一种教学模式． 在物理课程中实施建模 教学，可以帮助学生聚焦问题、建构知识，在科学的范畴下进行 问题的解决．
美国在2013年 4月颁布的“下一代科学教育标 准 ” （ The Next Generation Science Standards, NGSS）中 ，将“ 开发和使用 模型 ” 作为科学实践的重要内容 ，并且明确指出了其从K-12年级 的学习进程 。
02 物理模型的科学史价值
• 美国著名数学教育家克莱因认为: 任何一门学科最初都是通过直观的 方法建立起来的，每一位数学家都是先直观地思考问题，然后才用演 绎的形式……因此，数学理解是通过直观的方法来获得的．
• 物理学科模型构建能力即建模能力是物理学科核心素养的具体体现， 培养学生物理科学建模能力是高中物理课程的重要目标之一，也是对 学科育人价值显彰，也是对物理学科本质的揭示．
科学建模一个核心的特征是学生如何从自然现象中抽象出物 体和事件的关键特征，将生活中的物和事概念化为物理上可解读 的信息，这个过程即科学建模中典型的认知过程．这个过程中， 学生需要经历推理、类比、想象等等，以支撑其实践活动的发 展．而这个过程，也会促进其概念理解水平的进阶。
• HPS 的核心是对于科学本质的认识， 其回答了“ 科学是什么” 和“ 科学 的本质是什么” 这两个问题，主要内容是对公众进行科学史、科学哲学和 科学社会学方面的教育，让公众在历史、哲学和社会学语境中重新理解科 学，形成对科学本质的多维透视，以此促进科学教育、推动科学知识的传 播、提高公众的科学素养。
达到7倍的重力加速度
有一种力在拉绳头，不 是灵异事件，这就是惯 性力。当你系好鞋带走 路或者跑步的时候，由 于双脚加速，减速，绳 圈和绳头部分会受到惯 性力。说通俗点，就是 “甩来甩去”的那种力 量。
鞋带的物理模型
|l1-l2|ρα与摩擦力比大小 的问题
案例3：模型构建
6. 快链条 由若干木棍稍微和水平相比有一定角度，然后用两跟细线
——杜威
自2004年，我国各省（自治区、直辖市）相继开始了一轮高中 课程改革，十几年的课程改革促进了物理课程理念的更新、教学 方式以及学习方式的变革，为全面提升学生物理学科素养奠定了 基础。然而实施中也产生了一些问题。例如，有些省份的学生学 习的内容不同，给大学教育带来了困难；科学思维培养要求不够 具体；
• 物理学家何尝不是如此，这种直观正是借助于物理模型，探索物质世 界的规律，构建物理学科的体系，接近科学的本质。
• 法国科学方法论学者阿雷说，科学的基本活动就是探索和制定模型。 王溢然.模型.大象出版社,1999,扉页.
“模型思维”是指个体从原始问题情境中抽取核心要素，将原 始问题转化成物理问题，并建立要素间清晰的建模路径的能 力．它是最能体现物理建模能力不同于其他学科建模能力独特性 的关键品质．
04 物理模型与问题解决
物理问题解决的思维操作流程
（条件） （过程）
反思讨论
（目的）
实际问题 物理问题 数学问题 问题结果
审
确
分
建
选
布
求
明
定
析
立
用
列
解
题
对
过
模
规
方
作
意
象
程
型
律
程
答
分析、判断 简化、抽象
推导、演算
情境化试 题
非情境化 试题
问题解决
物理知识
物理知识、数学工具
模型构建的过程应该是一个深度学习的过程。深度学习是指学 习者在理解的基础上，将新思想和新知识与原有的认知结构相融 合，通过批判性地学习，将众多思想相互关联，将已有的知识迁 移到新的情境中去，做出决策并解决问题的学习。
2、MN 刚开始运动时的加速度a的大小
3、MN 离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少．
1、电容器放电过程的关系表征
CE Q It
2、导线棒加速过程的关系表征 v BIl t
m
即
vm
Bl m
It
3、两个子系统间在最终状态下，可以用电动势与反电动势间的关系来 表征
Q / C Blvm
• 30 年的研究与实践证明，物理建模教学让学生亲身经历建模过程， 不仅促进了学生对物理概念的理解，增强了学习兴趣，还发展了 学生自主学习能力，提升了物理思维品质，实现了教育公平．
• 模型构建简称“建模”概念自上个世纪八十年代提出以来 ，它的 认知价值和教学价值受到广泛的重视和彰显，已经取得了长足的 发展 ；
03 物理模型的构建与表征
模型建构的过程包括模型选择过程， 模型建构过程、模型验证 过程、模型分析过程， 以及模型应用与模型再发展或再建构过程。
• 抽象与概括方法 • 近似方法 • 类比方法 • 假说方法 • 具象方法 • 分析与综合方法 • 等效方法
案例——哥尼斯堡 ·七桥问题
大河
北区 南区
正如钱学森所指出：“模型就是我们通过对问题的分解，利 用我们考察的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所 抽象创造出来的一幅图画，……，是形象化了的自然现象。”这样， 模型就具有了两方面的特质，一是抽象化，二是具体化。
——钱学森.论科学技术.科学通报,1951(4),99
在科学领域， 模型被视为对真实世界的一种表征， 建模是建 构或修改模型的动态过程， 即从复杂的现象中， 抽取出能描绘该 现象的元素或参数， 并找出这些元素或参数之间的正确关系建构 足以正确描述、解释该现象的模型的过程。
桥1 岛区
桥3
桥2
新河
桥4
东区
老河
桥7
桥6
桥5
建模范例：欧拉·七桥问题
建模： “七桥问题”转化为如图所示的一
笔画问题。
概括： 每个点，有进去的边就必须有出来的边，即连接每个点的 边数必须是偶数才能完成一笔画。
推论： 图中的每个点都连接着奇数条边，故不可能一笔画出，这 就说明不存在一次走遍7座桥走法（每座桥只许通过一次）
上述三组方程分别表征了两个子系统内、两个子系统间的关系结构，消
去 It
和 vm，可得到答案
Q B2l 2C 2E m B2l2C
案例2：模型匹配
为什么系紧的鞋带自己为松开?
所有的结都有这样一 个共同点，就是都包 含一个类似于动滑轮 的结构。
加州伯克利的一位教授还专 门做了研究。他用高速摄影 机拍摄实验对象跑步时鞋带 散开的过程，测量出跑步过 程中鞋带末端的加速度可以
棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关S接1，使电容器完全充电。
然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B、方向向里的匀强磁场，MN开始
向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，MN达到 最大速度，之后离开导轨．问：
1、磁场的方向
目前科学本质教育的研究成果，认为科学是人们对自然界的描 述和解释，在寻求解释的过程中，必须以观察和实验为基础，并 依赖于经验事实的检验，但是科学知识并非外在物质世界的拷贝， 它包含着人类丰富的想象力和创造力，是建构出来的；科学知识 具有稳定性和持久性，但未来也可能改变，并不断发展和进步．
• 阎金铎先生把物理教育中的科学方法划分为三个层次：第一层次是具 体方法，第二层次为逻辑方法，第三层次为分析和解决问题的方 法．建立物理模型的方法正是其中第三个层次的方法，亦即最高层次 的科学方法．
• 2017版课标—— 物理学基于观察与实验，建构物理模型，应用数学工具，通过
科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系
物理观念 科学思维
物理学科 核心素养
科学探究
科学态度 与责任
学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而 逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素 养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与 责任”四个方面。
• 近些年在我国新一轮的课程改革的背景下，对科学教育产生了重 大的影响 ，并开始在科学、技术、工程、数学( STEM) 及教师培 训课程中推行．
案例1：模型还原
（17年天津理综）电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可以用来研制
新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为E，电容器的电容为C。两根 固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l，电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属
IYPT、CPS 是科学史和科学哲学(History and philosophy of science)的缩写, 也有学 者则认为HPS 是指将科学史(History of science)、科学哲学(Philosophy of science)和科学社会学(Sociology of science)的有关内容融入到中小学的科学 课程中。
• 随着近代实验科学的兴起和现代科学认识的深化，模型一词的涵 义已经超出了作为客体的摹写、样本这个范畴。
• 物理模型是理论和实验的中介，是沟通已知世界和未知世界的桥 梁，是发展物理概念、推理和问题解决的基础。
• 模型建构是科学思维的重要组成部分， 物理模型并不完全是物理 问题的图像化， 它是对所研究对象抽象概括后的进一步形象化．
基于模型构建的问题解决深度信息加工模式
确定问题 模型化
分解问题 范畴化
整合问题 立体化
突破问题 反馈
信息加工具有一定的惰性，需要某种模式来唤醒，学生储备的各 种经验、知识和方法等，克服随机的、碎片化、无目的、无依据感性 认知方式，培养联系的、有方向、有依据、有结构的理性认知方式。
• 建模教学( Modeling Instruction) 是亚利桑那州立大学理论物理学 家David Hestenes 创立的一种教学模式． 在物理课程中实施建模 教学，可以帮助学生聚焦问题、建构知识，在科学的范畴下进行 问题的解决．
美国在2013年 4月颁布的“下一代科学教育标 准 ” （ The Next Generation Science Standards, NGSS）中 ，将“ 开发和使用 模型 ” 作为科学实践的重要内容 ，并且明确指出了其从K-12年级 的学习进程 。
02 物理模型的科学史价值
• 美国著名数学教育家克莱因认为: 任何一门学科最初都是通过直观的 方法建立起来的，每一位数学家都是先直观地思考问题，然后才用演 绎的形式……因此，数学理解是通过直观的方法来获得的．
• 物理学科模型构建能力即建模能力是物理学科核心素养的具体体现， 培养学生物理科学建模能力是高中物理课程的重要目标之一，也是对 学科育人价值显彰，也是对物理学科本质的揭示．
科学建模一个核心的特征是学生如何从自然现象中抽象出物 体和事件的关键特征，将生活中的物和事概念化为物理上可解读 的信息，这个过程即科学建模中典型的认知过程．这个过程中， 学生需要经历推理、类比、想象等等，以支撑其实践活动的发 展．而这个过程，也会促进其概念理解水平的进阶。
• HPS 的核心是对于科学本质的认识， 其回答了“ 科学是什么” 和“ 科学 的本质是什么” 这两个问题，主要内容是对公众进行科学史、科学哲学和 科学社会学方面的教育，让公众在历史、哲学和社会学语境中重新理解科 学，形成对科学本质的多维透视，以此促进科学教育、推动科学知识的传 播、提高公众的科学素养。
达到7倍的重力加速度
有一种力在拉绳头，不 是灵异事件，这就是惯 性力。当你系好鞋带走 路或者跑步的时候，由 于双脚加速，减速，绳 圈和绳头部分会受到惯 性力。说通俗点，就是 “甩来甩去”的那种力 量。
鞋带的物理模型
|l1-l2|ρα与摩擦力比大小 的问题
案例3：模型构建
6. 快链条 由若干木棍稍微和水平相比有一定角度，然后用两跟细线
——杜威
自2004年，我国各省（自治区、直辖市）相继开始了一轮高中 课程改革，十几年的课程改革促进了物理课程理念的更新、教学 方式以及学习方式的变革，为全面提升学生物理学科素养奠定了 基础。然而实施中也产生了一些问题。例如，有些省份的学生学 习的内容不同，给大学教育带来了困难；科学思维培养要求不够 具体；
• 物理学家何尝不是如此，这种直观正是借助于物理模型，探索物质世 界的规律，构建物理学科的体系，接近科学的本质。
• 法国科学方法论学者阿雷说，科学的基本活动就是探索和制定模型。 王溢然.模型.大象出版社,1999,扉页.
“模型思维”是指个体从原始问题情境中抽取核心要素，将原 始问题转化成物理问题，并建立要素间清晰的建模路径的能 力．它是最能体现物理建模能力不同于其他学科建模能力独特性 的关键品质．
04 物理模型与问题解决
物理问题解决的思维操作流程
（条件） （过程）
反思讨论
（目的）
实际问题 物理问题 数学问题 问题结果
审
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规
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程
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律
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答
分析、判断 简化、抽象
推导、演算
情境化试 题
非情境化 试题
问题解决
物理知识
物理知识、数学工具
模型构建的过程应该是一个深度学习的过程。深度学习是指学 习者在理解的基础上，将新思想和新知识与原有的认知结构相融 合，通过批判性地学习，将众多思想相互关联，将已有的知识迁 移到新的情境中去，做出决策并解决问题的学习。
2、MN 刚开始运动时的加速度a的大小
3、MN 离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少．
1、电容器放电过程的关系表征
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2、导线棒加速过程的关系表征 v BIl t
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3、两个子系统间在最终状态下，可以用电动势与反电动势间的关系来 表征
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• 30 年的研究与实践证明，物理建模教学让学生亲身经历建模过程， 不仅促进了学生对物理概念的理解，增强了学习兴趣，还发展了 学生自主学习能力，提升了物理思维品质，实现了教育公平．
• 模型构建简称“建模”概念自上个世纪八十年代提出以来 ，它的 认知价值和教学价值受到广泛的重视和彰显，已经取得了长足的 发展 ；
03 物理模型的构建与表征
模型建构的过程包括模型选择过程， 模型建构过程、模型验证 过程、模型分析过程， 以及模型应用与模型再发展或再建构过程。
• 抽象与概括方法 • 近似方法 • 类比方法 • 假说方法 • 具象方法 • 分析与综合方法 • 等效方法
案例——哥尼斯堡 ·七桥问题
大河
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正如钱学森所指出：“模型就是我们通过对问题的分解，利 用我们考察的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所 抽象创造出来的一幅图画，……，是形象化了的自然现象。”这样， 模型就具有了两方面的特质，一是抽象化，二是具体化。
——钱学森.论科学技术.科学通报,1951(4),99
在科学领域， 模型被视为对真实世界的一种表征， 建模是建 构或修改模型的动态过程， 即从复杂的现象中， 抽取出能描绘该 现象的元素或参数， 并找出这些元素或参数之间的正确关系建构 足以正确描述、解释该现象的模型的过程。
桥1 岛区
桥3
桥2
新河
桥4
东区
老河
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桥6
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建模范例：欧拉·七桥问题
建模： “七桥问题”转化为如图所示的一
笔画问题。
概括： 每个点，有进去的边就必须有出来的边，即连接每个点的 边数必须是偶数才能完成一笔画。
推论： 图中的每个点都连接着奇数条边，故不可能一笔画出，这 就说明不存在一次走遍7座桥走法（每座桥只许通过一次）
上述三组方程分别表征了两个子系统内、两个子系统间的关系结构，消
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和 vm，可得到答案
Q B2l 2C 2E m B2l2C
案例2：模型匹配
为什么系紧的鞋带自己为松开?
所有的结都有这样一 个共同点，就是都包 含一个类似于动滑轮 的结构。
加州伯克利的一位教授还专 门做了研究。他用高速摄影 机拍摄实验对象跑步时鞋带 散开的过程，测量出跑步过 程中鞋带末端的加速度可以
棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关S接1，使电容器完全充电。
然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B、方向向里的匀强磁场，MN开始
向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，MN达到 最大速度，之后离开导轨．问：
1、磁场的方向
目前科学本质教育的研究成果，认为科学是人们对自然界的描 述和解释，在寻求解释的过程中，必须以观察和实验为基础，并 依赖于经验事实的检验，但是科学知识并非外在物质世界的拷贝， 它包含着人类丰富的想象力和创造力，是建构出来的；科学知识 具有稳定性和持久性，但未来也可能改变，并不断发展和进步．