关于弹簧粒子模型的学位论文

设弹簧劲度系数为k水平方向上：由牛顿第二定律得：F-kX1=2ma（B物体） kX1-μmg=ma(A物体)解得X1=F+2μmg/3k竖直方向上：由牛顿第二定律得：F-2mg-kX2=2ma（B物体） kX2-mg=ma(A物体)解得X2=F/3k则X1:X2=F+2μmg:F所以X1:X2为定值

论文原文

在这里，我们提供了一个学习模拟的通用框架，并提供了一个单一模型的实现，该模型可在各种具有挑战性的物理领域（包括流体，刚性固体和可变形材料彼此相互作用）中产生最先进的性能。我们的框架（我们称为“基于图网络的模拟器”（GNS））表示带有粒子的物理系统的状态，表示为图中的节点，并通过学习的消息传递来计算动力学。我们的结果表明，我们的模型可以从训练期间包含数千个粒子状态的单一时间步长的预测，推广到不同的初始条件，数千个时间步长，以及在测试时至少增加一个数量级的粒子。我们的模型对于跨各种评估指标的超参数选择具有鲁棒性：长期表现的主要决定因素性能是消息传递步骤的数量，并通过用噪声破坏训练数据来减轻错误的累积。我们的GNS框架是迄今为止最准确的通用学习型物理模拟器，它有望解决各种复杂的正反问题。

复杂物理学的现实仿真器对许多科学和工程学科而言都是无价的，但是传统仿真器的创建和使用可能非常昂贵。 构建模拟器可能需要多年的工程工作，并且通常必须在狭窄的设置范围内牺牲通用性才能获得准确性。 高质量的模拟器需要大量的计算资源，因此需要扩展起来让人望而却步。 由于对基本物理和参数的了解不足或难以近似，即使最好的也常常是不准确的。 一种有吸引力的传统模拟器的替代方法是使用机器学习直接从观察到的数据中训练模拟器，但是对于大型的状态空间和复杂的动力学而言，标准的端到端学习方法很难克服。

在这里，我们提出了一个从数据中学习模拟的通用框架-“基于图形网络的模拟器”（GNS）。 我们的框架强加了归纳偏见，其中丰富的物理状态由相互作用粒子的图表示，而复杂的动力学则通过在节点之间学习到的消息传递来近似。

我们在一个深度学习架构中实现了GNS框架，发现它可以学习准确地模拟流体，刚性固体和可变形材料相互影响的各种物理系统。 我们的模型还可以很好地推广到比经过训练的系统更大的系统和更长的时间范围。 虽然以前的学习模拟方法高度专注于特定任务，但我们发现单个GNS模型在数十个实验中表现良好，并且通常对超参数选择具有鲁棒性。 我们的分析表明，性能是由以下几个关键因素决定的：其计算远程交互作用的能力，空间不变性的归因偏差以及可减轻长时间模拟轨迹上的误差累积的训练程序。

一般的可学习模拟

我们假设 是世界在时间t的状态。在K个时间步上应用物理动力学可得出状态轨迹， 。一个模拟器，s：X→ X, 通过将先前的状态映射到因果的未来状态来对动力学建模。 我们将模拟的“展开”轨迹表示为： ，它由 迭代计算 时间步长。 模拟器计算反映当前状态如何变化的动力学信息，并使用它来将当前状态更新为预测的未来状态。 一个例子是数值微分方程求解器：这些方程计算动力学信息，即时间导数，而积分器是更新机制。

一个可学习的模拟器 使用参数化函数近似器( )计算动力学信息，其参数可以针对某些训练目标进行优化。 表示动力学信息，其语义由更新机制确定。 可以将更新机制视为采用 的函数，并使用 来预测下一个状态，即 。 在这里，我们假设一个简单的更新机制（一个Euler积分器）和代表加速度的Y。 但是，也可以使用更复杂的更新程序，这些更新程序不止一次调用 ，例如高阶积分器。

模拟图上的消息传递

我们可学习的模拟方法采用物理系统的基于粒子的表示形式，即 ，其中N个粒子的每个xi表示其状态。物理动力学是通过粒子之间的相互作用来进行近似的，例如，在粒子之间进行能量和动量的交换。粒子间相互作用的建模方式决定了模拟方法的质量和普遍性，例如，可以模拟的效果和材料的类型，方法在哪种情况下效果良好或较差等。我们对学习这些相互作用感兴趣，从原则上讲，它应该允许学习任何系统的动力学可以表示为粒子动力学。因此至关重要的是，不同的 值应使 跨越很大范围的粒子间相互作用函数。

基于粒子的模拟可以看作是图形上的消息传递。节点对应于粒子，并且边缘对应于粒子之间的成对关系，在该关系上计算相互作用。我们可以在此框架中理解SPH之类的方法-节点之间传递的消息可能对应于使用密度内核评估压力。

我们利用基于粒子的模拟器与图上的消息传递之间的对应关系来定义基于GN的通用 。 我们的 分为三个步骤-编码器，处理器和解码器。

编码器定义 。 编码器： 将基于粒子的状态表示,X嵌入为潜图(latent graph), ，其中 ）。 节点嵌入 ，是粒子状态的学习函数。添加有向边以在具有某些潜在交互作用的粒子节点之间创建路径。边缘嵌入 是相应粒子ri; j的成对属性的学习函数，例如，它们的位置之间的位移，弹簧常数等。图形级嵌入 可以表示诸如重力和磁场之类的全局属性（ 尽管在我们的实现中，我们只是将它们附加为输入节点功能）。

处理器定义 。 处理器： 通过M个学习的消息传递步骤来计算节点之间的交互，以生成一系列更新的潜图(latent graph) ）。 它返回最终图形 。 消息传递允许信息传播并遵守约束：所需的消息传递步骤数可能会随着交互的复杂性而扩展。

解码器定义 。 解码器： 从最终潜图的节点 )。 学习 应该使 表示反映相关的动力学信息，例如加速度，以便在语义上对更新过程有意义。

输入和输出表示 。 每个粒子的输入状态向量分别代表位置， 的先前速度序列，并具有捕获静态材料特性（例如，水，沙，团，刚性，边界粒子）的特征， 。 如果适用，系统的整体特性g包括外力和整体材料特性。 监督学习的预测目标是每粒子平均加速度 。 请注意，在我们的数据集中，我们只需要 向量：使用有限差分从 计算出 和 。

编码器详细信息 。 ENCODER通过为每个粒子分配一个节点并在“连接半径” R内的粒子之间添加边来构造图形结构G0，该半径反映了粒子的局部相互作用，并且对于相同分辨率的所有模拟均保持不变。 为了生成卷展栏，在每个时间步上，图形的边缘都由最近的邻居算法重新计算，以反映当前粒子的位置。

ENCODER将 和 实现为多层感知器（MLP），它们将节点特征和边缘特征编码为大小为128的潜在向量 和 。

我们测试了两种ENCODER变体，以其使用绝对位置还是相对位置信息来区分。 对于绝对变量， 的输入是上述的xi，并带有全局特征。 的输入，即ri; j实际上没有携带任何信息，因此被丢弃，其中 为 设置为可训练的固定偏差矢量。 相对的ENCODER变体旨在对绝对空间位置施加不变的归纳偏差。 被迫通过遮蔽来忽略xi内的pi信息。 被提供了相对位置位移，其大小为 。 两种变体都将全局属性g连接到每个xi上，然后传递给“ 。

处理器详细信息 。 我们的处理器使用具有相同结构的MGN（其中M为超参数）堆栈，作为内部边缘和节点更新功能的MLP，以及共享或不共享的参数。 我们使用没有全局功能或全局更新（类似于交互网络）的GN，并且在输入和输出潜在节点与边属性之间存在残余连接。

解码器详细信息 。 我们解码器的学习函数 ,是MLP。 在DECODER之后，使用Euler积分器更新将来的位置和速度，因此 对应于加速度 ，具有2D或3D尺寸，具体取决于物理域。 如上所述，监督训练目标只是这些 向量。

神经网络参数化 。 所有MLP都有两个隐藏层（具有ReLU激活），其后是一个未激活的输出层，每个层的大小为128。所有MLP（输出解码器除外）之后是LayerNorm（层。 我们通常发现训练稳定性得到了改善。

软件 。 我们使用TensorFlow 1，Sonnet 1和“ Graph Nets”库实施了模型。

训练噪声 。 对复杂而混乱的仿真系统进行建模需要模型减轻长时间部署时的错误累积。 因为我们在基本事实单步数据上训练我们的模型，所以永远不会为它们提供被此类累积噪声破坏的输入数据。 这意味着，当我们通过向模型提供自己的噪声，先前的预测作为输入来生成推广时，其输入不在训练分布范围内这一事实可能导致其产生更大的误差，从而迅速累积进一步的误差。 我们使用一种简单的方法使模型对嘈杂的输入更具鲁棒性：在训练过程中，我们以随机行走噪声 破坏模型的输入位置和速度，因此训练分布更加 与推出期间产生的分布相似。

正则化 。我们使用训练期间在线计算的统计数据，将所有输入和目标向量的元素归一化为零均值和单位方差。初步实验表明，归一化可加快训练速度，但融合性能并未得到明显改善。

损失函数和优化程序 。我们从训练轨迹中随机采样粒子状态对 ，计算目标加速度 ，并根据预测的每个粒子加速度计算L2损失，即 。我们使用最小批量大小2，使用Adam优化器针对这种损失优化了模型参数 。我们最多执行了20M梯度更新步骤，指数学习速率从 下降到 。尽管模型可以以更少的步骤进行训练，但我们避免使用过高的学习率来减少数据集之间的差异，并使设置之间的比较更加公平。

我们在训练过程中通过在5个保持不变的验证轨迹上进行全长展示来定期评估我们的模型，并记录了相关的模型参数以获得最佳展示MSE。当我们观察到MSE的下降幅度可忽略不计时，我们停止了训练，在GPU / TPU硬件上，对于较小，较简单的数据集，MSE通常在几个小时内；对于较大，更复杂的数据集，则长达一周。

模型效果以及动画：

你好啊，你的钢弹簧板件热处理工艺设计开题报告选题定了没？开题报告选题老师同意了吗？准备往哪个方向写？开题报告学校具体格式准备好了没？准备写多少字还有什么不懂不明白的可以问我，希望可以帮到你，祝开题报告选题顺利通过，毕业论文写作过程顺利。技术路线一般是指研究的准备，启动，进行，再重复，取得成果的过程，不是指毕业论文的写作过程，更不是指答辩的准备和进行过程，许多同学会出现这些偏误。多参考下同类型的论文，其实技术路线讲的就是你的论文的整体思路、逻辑推理过程以及采用的论证方法在研究生教育的整个过程中,学位论文质量的高低是衡量研究生培养质量的重要标志。而论文质量的高低,很大程度上取决于论文开题报告做的细致程度。论文开题报告做的细致,前期虽然花费的时间较多,但写起论文来就很顺手,能够做到胸有成竹,从而保证论文在规定的时间保质保量地完成;但如果不重视论文开题报告,视论文开题报告为走过场,写起论文来就会没有目标,没有方向,没有思路,可能就要多走弯路,也很难保证毕业论文的质量。一、论文开题报告的意义硕士论文开题报告是研究生在完成文献调研后写成的关于学位论文选题与如何实施的论述性报告。论文开题报告既是文献调研的聚焦点,又是学位论文研究工作展开的散射点,对研究工作起到定位作用。写论文开题报告的目的,是要请老师及专家们帮忙判断一下所研究的选题有没有价值,研究方法是否奏效,论证逻辑有没有明显缺陷。因此论文开题报告就要围绕研究的主要内容,拟解决的主要问题(或阐述的主要观点),研究步骤、方法及措施为主要内容。但笔者在工作实践中发现有很多学生往往在论文开题报告中花费大量笔墨叙述别人的研究成果,谈到自己的研究方法时,往往寥寥数语一笔带过。这样,不便于评审老师指导。二、如何写论文开题报告(一)论文开题报告的前提——通过理论思维选择课题在工作实践中,发现硕士研究生论文开题报告中存在的普遍问题是选题不合适。有的提出的问题太过“平庸”,有的选题范围太大,研究内容太多、太宽泛, 提出的问题不切合硕士生的实际,实践操作起来难度较大。如有的学生提出的论文题目:“新型中性镍催化剂的研究及其催化合成聚乙烯、聚丙烯的研究”,此选题有意义,有创新,作者的研究思路也比较正确,但论文选题范围太大,研究内容对于一个硕士生来说明显偏多,无法按时完成。因此应重新确定研究内容,注重项目的可操作性。那么如何选择研究问题呢?这里要强调的是通过理论思维来发现研究问题。理论是由一系列前设和术语构造的逻辑体系,特定领域的理论有其特定的概念、范畴和研究范式,只有在相同的概念、视角和范式下,理论才能够对话。只有通过对话,理论才能够发展。硕博论文要想创造新理论很难,多数是在既有理论的基础上加以发展。其次,选择问题是一个“剥皮”的过程,理论问题总是深深地隐藏在复杂的现实背后,而发现理论问题,则需要运用理论思维的能力。这就需要我们不断锻炼和提高自己的理论思维能力,需要在日常的学习中,不断总结和分析以往的研究者大体是从哪些视角来分析和研究问题,运用了哪些理论工具和方法,通过学习和总结来不断提高自己的理论思维能力,从而选择具有学术理论价值和应用价值,并与国家经济建设及导师承担的科学研究项目紧密结合的研究问题。(二)做好文献综述,为论文开题报告打好基础在研究生论文开题报告会上,出现的普遍问题是对文献的研读不够,对研究背景的了解不够深入,对研究方向上国内外的具体进展情况了解不够全面、详细, 资料引用的针对性、可比性不强。有很多学生没有完全搞清论文开题报告与文献综述的区别,他们的论文开题报告有很多仅仅是对前人工作的叙述,而对自己的工作介绍甚少。文献综述的基本内容包括:国内外现状;研究方向;进展情况;存在问题;参考依据。这是对学术观点和理论方法的整理。同时,文献综述还是评论性的,因此要带着作者本人批判的眼光来归纳和评论文献,而不仅仅是相关领域学术研究的“堆砌”。要想写好论文开题报告,必须认真研读文献,对所研究的课题有个初步的了解,知道别人都做了哪些工作,哪些方面可以作为自己研究的切入点,因此,文献调研的深入和全面程度,会相当程度地影响论文开题报告的质量,是学生充分发挥主观能动性的客观基础。(三)论文开题报告的格式及写作技巧1.论文开题报告格式一个清晰的选题,往往已经隐含着论文的基本结论。对现有文献的缺点的评论,也基本暗含着改进的方向。论文开题报告就是要把这些暗含的结论、论证结论的逻辑推理,清楚地展现出来。论文开题报告的写作步骤:课题选择—课题综述—论题选择—论文开题报告。论文开题报告的基本内容主要包括:选题的意义;研究的主要内容;拟解决的主要问题(阐述的主要观点);研究(工作)步骤、方法及措施;毕业论文(设计)提纲;主要参考文献。为了写好论文开题报告,江苏工业学院研究生部专门出台了详细的规定,规定论文开题报告的一般内容包括:(1)论文开题报告——课题来源、开题依据和背景情况,课题研究目的以及理论意义和实际应用价值。(2)论文开题报告——文献综述。在阅读规定文献量(不少于50篇,其中外文文献占40%以上)的基础上,着重阐述该研究课题国内外的研究现状及发展动态,同时介绍查阅文献的范围以及查阅方式、手段。(3)论文开题报告——主要研究内容。包括学术构思、研究方法、关键技术、技术路线、实施方案、可行性分析、研究中可能遇到的难点、解决的方法和措施以及预期目标。(4)论文开题报告——拟采用的实验手段,所需科研和实验条件,估计课题工作量和所需经费,研究工作进度计划。(5)论文开题报告——主要参考文献,列出至少10篇所查阅参考的文献。2.论文开题报告的写作技巧(1)提出问题注意“层次”选题是撰写学术论文的第一步,选题是否妥当,直接关系到论文的质量,甚至关系到论文的成功与否。不同于政策研究报告,学术文章聚焦理论层面、解决理论问题。有的学生的选题不具有新颖性,内容没有创新,仅仅是对前人工作的总结,或是对前人工作的重复。在选题时要坚持先进性、科学性、实用性及可行性的原则。在提出问题时,要以“内行”看得懂的术语和明确的逻辑来表述。选题来源包括:1、与自己实际工作或科研工作相关的、较为熟悉的问题;2、自己从事的专业某问题发展迅速,需要综合评价;3、从掌握的大量文献中选择反映本学科的新理论、新技术或新动向的题目。所选题目不宜过大,越具体越容易收集资料,从某一个侧面入手,容易深入。(2)瞄准主流文献,随时整理文献资料是撰写好学术论文的基础,文献越多,就越好写,选择文献时应选择本学科的核心期刊、经典著作等,要注意所选文献的代表性、可靠性及科学性; 选择文献应先看近期的(近3~5年),后看远期的,广泛阅读资料,有必要时还应找到有关文献所引用的原文阅读,在阅读时,注意做好读书卡片或读书笔记。整理资料时,要注意按照问题来组织文献资料,写文献综述时不是将看过的资料都罗列和陈述出来,而是要按照一定的思路将其提炼出来。只有这样,才能写出好的文献综述,也才能写出好的论文开题报告,进而为写出好的论文打下基础。(3)研究目标具体而不死板一般论文开题报告都要求明确学位论文的研究目标,但笔者认为,研究目标不宜规定得太死板,这是因为,即使条件一定,目标是偏高还是偏低,往往难于准确判断,研究工作本身,涉及求知因素,各个实验室条件不同,具体研究时条件也不同。学位论文选题和研究目标体现了研究工作的价值特征。三、论文开题报告的质量保证为了保证硕士研究生的培养质量,提高论文质量,就必须对论文开题报告进行评价。论文开题报告会由3~5位相关学科的专家对论文开题报告进行评议,与企业合作的重大科研项目可以聘请1~2位相应企业的具有高级职称的专家参加,不同学科的论文开题报告的侧重点不同。江苏工业学院研究生部规定学生必须进行论文开题报告,并规定了统一的格式,设计了专门的论文开题报告评审表,论文开题报告会上研究生应对课题进行详细汇报,并对专家提问做出必要的解释和说明。论文开题报告的成绩考核以合格、不合格记。评审小组成员最后签名并给出学生是否合格的评审意见,并以百分制打出具体的分数。论文开题报告成绩不合格者,不得进入课题研究。为了提高论文质量,研究生必须首先从思想上重视论文开题报告,在平时的学习中注意积累,从各个方面提高能力,尤其要注意培养通过理论思维发现研究问题的能力。论文开题报告是研究工作的开始,良好的开端为优秀的学位论文奠定了坚实的基础。

21世纪是知识爆炸的时代,大学物理也不例外。这是我为大家整理的大学物理学术论文，仅供参考!

中学物理中的物理模型

摘要：本文阐述了物理模型的概念、功能，中学物理教材中常见的六种物理模型，物理模型在中学物理教学中地位和作用，以及中学阶段在物理模型的教学过程中应该注意的若干问题。

关键词：中学物理;教学;物理模型

一、物理模型的概念及功能

物理学所分析、研究的实际问题往往很复杂，有众多的因素，为了便于着手分析与研究，物理学往往采用一种“简化”的方法，对实际问题进行科学抽象化处理，保留主要因素，略去次要因素，得出一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构，此种理想物质(过程)或假想结构就称之为物理模型。

物理模型按其设计思想可分为理想化物理模型和探索性物理模型。前者的特点是突出研究客体的主要矛盾，忽略次要因素，将物体抽象成只具有原物体主要因素但并不客观存在的物质(过程)，从而使问题简化。如质点模型、点电荷模型、理想气体模型、匀速直线运动模型等等。后者的特点是依据观察或实验的结果，假想出物质的存在形式，但其本质属性还在进一步探索之中。如原子模型、光的波粒二象性模型等等。

人们建立和研究物理模型的功能主要在于：

一是可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差，从中较为方便地得出物体运动的基本规律;

二是可以对模型讨论的结果稍加修正，即可用于对实际事物的分析和研究;

三是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，为人类服务之目的。

二、中学物理教材中经常碰到的几种物理模型

物理模型就它在实际问题中所扮演角色或所起作用的不同，可分为：

1.物理对象模型 即把物理问题的研究对象模型化。

例如质点，舍去和忽略形状、大小、转动等性能，突出它具有所处位置和质量的特性，用一个有质量的点来描述，又如点电荷、弹簧振子、单摆、理想变压器、理想电表等等，都是属于将物体本身的理想化。

另外诸如点光源、电场线、磁感线等，则属于人们根据它们的物理性质，用理想化的图形来模拟的概念。

2.物理过程模型 即把研究对象的实际运动过程进行近似处理。排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰，使之成为理想的典型过程。

如研究一个铁球从高空中由静止落下的过程。首先应考虑吸引力，由公式F=GMm�r2可知，铁球越接近地面，F就越大，其次还要考虑空气阻力、风速、地球自转等影响。这样考查铁球下落运动过程就显得十分复杂，研究起来十分不便。为此，我们在研究过程上突出铁球下落的主要因素，即受重力作用，而忽略其它次要影响，并把重力视为恒力，通过如此简化，使研究问题简化，其研究结果也不致影响到基本规律的正确性。从而成为物理学中一个典型的运动过程，即自由落体运动。这种物理模型称之为过程模型。

教材中的匀速直线运动、简谐振动、弹性碰撞;理想气体的等温、等容、等压、绝热变化等等都是将物理过程模型化。

3.物理条件模型 如自由落体运动规律就是在建立了“忽略空气阻力，认为重力恒定”的条件模型之后才得出来的。力学中的光滑斜面;热学中的绝热容器;电学中的匀强电场、匀强磁场等等，也都是把物体所处的条件理想化了。

4.物理等效模型 即通过充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性质或特点的现象和相似运动形态的物质和运动。如将理想气体分子等效为弹性小球，并用弹性小球对器壁的碰撞去解释和推导气体压强公式，用单摆振动模型去等效类比电磁振荡过程等等。

5.物理实验模型 在实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，然后根据逻辑推理法则，对过程作进一步的分析，推理，找出其规律，得出实验结论。

如伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽，后者坡度越小，小球滚得越远的实验基础上提出了他的理想实验――在无摩擦力情况下，从斜槽滚下的小球将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去，从而推翻了延续两千多年的“力是维持物体运动的不可缺少”的结论，为惯性定律(牛顿第一定律)的产生奠定了基础。

再如在研究电场强度时，设想在电场中放置一个不会引起电场变化的点电荷，去考查它在各点的F�q值等等。

6.物理数学模型 即建立以物理模型为描述对象的数学模型，进行对客观实体近似的定量计算，从而使问题由繁到简。如单摆的摆线与竖直方向的夹角不得大于50，使弧线计算转化为三角计算等等。

三、物理模型在中学物理教学中的地位和作用

1.建立正确鲜明的物理模型是物理学研究的重要方法和有力手段之一

物理学所研究的各种问题，在实际上都涉及许多因素，而模型则是在抓住主要因素，忽略次要因素的基础上建立起来的。它具有具体形象、生动、深刻地反映了事物的本质和主流这一重要属性。

如“质点”模型，在物体的宏观平动运动中，描述运动的物理量位移、速度、加速度等对同一物体来说其上各点都相同，在这些问题的研究中，运动物体的大小和形状是可不考虑的，故可将运动物体质点化，即用质点模型来取代真实运动的物体。

2.正确鲜明的物理模型本身就是重要的物理内容之一，它与相应的物理概念、现象、规律相依托

人们认识原子结构的进程中，从汤姆逊模型到卢瑟福模型的飞跃就是生动的反映。

爱因斯坦光电效应方程的建立成功地解释了光电效应，而它是建立在反映光粒子性的“光子”模型之上的。

诸多的事实都在说明大凡物理现象、过程、规律都直接与之相应的物理模型关联着;一定的物理模型又是最生动最集中地反映着相应的物理概念、现象、过程和规律，二者密不可分。

3.正确鲜明的物理模型的建立，使许多抽象的物理问题变得直观化、具体化、形象化

例如，电场线对电场的描述，磁感线对磁场的描述。分子模型对理解分子动理论的基本观点，原子核式结构对a粒子散射实验现象的解释;光子模型对光的粒子性的理解等等，凡是学物理的人都会感受到物理模型所给予的无可争辩的重要作用。

四、物理模型的教学要着眼于学生掌握建立正确鲜明的物理模型这一根本方法

物理模型是物理基础知识的一部分，属物理概念的范畴。学习前人为我们创造的各种物理模型是完成教学内容的重要组成部分，培养学生掌握这一方法，即对一个具体的物理内容、现象或过程能反映出一幅鲜明的“物理图景”，是培养学生科学思维能力的一个重要方面。为此，我们在教学中应注意如下几点：

1.讲清各物理模型设计的依据。物理模型看上去是独立的，但设计物理模型的思想是相通的。

2.讲授物理模型要前后呼应，触类旁通。运动学中建立的“质点”模型，发展到质点动力学中，万有引力定律中，以至物体转动问题中，还可引伸到单摆中的摆球，弹簧振子中的振子，甚至帮助我们建立电学中的点电荷模型，光学中的点光源模型。

3.物理模型思维贯穿在物理教学的过程中，随着人们对某个物理问题认识的不断深刻和提高，物理模型也必将随之完善和准确。例如对于光本性的问题，人们从牛顿的微粒说，惠更斯的波动说、电磁说、粒子说到波粒二象性，在此发展过程中光的模型也随之一次次地得到深化。

4.在平时的例题教学中也是处处体现了物理模型的重要地位和作用。解答各类物理习题，学生能否依据题意建立起相应的物理模型，是解题成败的重要环节。如果解题者所理解的题意中的物理模型与命题者的设计模型一致，题意就必然变得清晰鲜明，习题的难点便会随之而突破，这种例子是垂手可得的。

总之，物理模型的教学确实需要我们予以足够的重视，这个问题对提高我们的物理教学水平关系甚大。

物理猜想与中学物理教学

【摘 要】阐述物理猜想在中学物理教学中的意义及教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法。

【关键词】中学 物理猜想 物理教学

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889(2014)11B-0076-02

随着基础教育课程改革的逐步深入，在新课程标准中，对高中生在学习物理过程中的学习能力提出了更高的要求，由此教会学生运用物理猜想方法可以让学生更有效地学好物理。为了促进中学生学会运用物理猜想方法，新课程的物理教材刻意设计了许多研究物理现象的活动。以此增进学生对物理知识的理解，提高学生学习物理知识的能力，例如提出问题、猜想与假设、合作与交流等能力。这些基本能力是确保科学研究各种物理现象得以顺利进行的前提和基础。只有通过猜想、假设，并经过许多的研究活动，才能使研究物理现象过程顺利完成。根据笔者这十多年的教学经验，总结出物理猜想对高中物理教学的作用以及如何通过物理猜想提高物理教学的经验，现浅谈自己的看法。

一、物理猜想对中学物理教学有着重要的意义

新课标义务教育阶段的物理课程中，提出要鼓励学生积极大胆地进行科学研究，使学生从基本的科学研究过程中学到科学研究的方法，最终达到提高他们的科学研究能力的目的。使学生养成尊重事实、大胆想象的科学习惯，发扬研究真理的科学精神;培养学生敢于质疑、勇于创新、战胜困难的信心和决心。在中学物理教学中教师的作用是引导学生进行科学猜想，引导学生进行科学探索活动，提升他们的科学探索创新能力。鼓励他们在研究活动过程中，根据已经了解的物理知识和物理现象，进行猜想与假设，然后设计实验，通过亲自动手做实验来验证自己的猜想与假设。因此，要达到新课标中的要求，笔者认为猜想在新课程标准的教学过程中的运用起到了关键的作用。物理猜想的运用是教育教学发展的要求，也是促进物理教育教学改革和发展的需要。笔者认为运用物理猜想法在中学物理教学中有以下几个重要的意义。

1.提高学生学习兴趣和增进学生学习主动性

学生往往对新生事物比较好奇，都希望能够尽快了解其中的知识、规律和奥秘。如果在中学物理教学过程中多鼓励学生对所要学习的物理现象猜想出其可能出现的某些现象或规律，那么不但能增强学生的新奇心，而且还能激发学生的探究意识和能力，使他们更能积极地深入到学习新知识当中。锻炼和培养中学生的物理猜想能力，能提高学生对研究物理问题的兴趣和欲望。兴趣和欲望正是学生学习物理知识的动力。因此，物理猜想是提高学生学习兴趣和增进学生主动学习的好方法。

2.提高学生的思维能力

在中学物理教学过程中，教师要经常通过提出问题并引导学生根据他们现有知识和理解问题的能力进行猜想，经过观察、实验、归纳、总结等进行严格推理和验证，使学生在学习物理知识的过程中逐渐提高他们的发散思维能力，也使他们思想更加灵活。因此通过猜想法不仅使学生容易理解和掌握物理知识，而且有利于提高学生的思维能力。

3.有利于学生巩固所学的物理知识

物理猜想是学生根据自己的思维意识进行推测，是开放性的思维方式。经过对事物仔细观察和辩别认识，提高了学生对事物整体性的研究，促进学生的思维进程，使学生迅速地理解和掌握新知识。如果这些新知识是由学生自己主动猜想后经过验证推理得来的，那么学生就比较容易接受。因此，这些物理现象及规律就会深深刻印在学生的心里，巩固这些新的物理知识。

4.培养学生创新能力

在新课程标准中，特别着重对中学生创新能力培养。科学的物理猜想是培养中学生创新能力的主要方法之一。科学的物理猜想对中学生创新能力的培养起着积极的作用，它能提高学生的反应能力和灵活解题能力。因此，科学的物理猜想能够非常有效地提高中学生的创新能力。

二、教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法

教师在教学过程中为了尽可能地发挥学生的想象能力，要根据学生现已掌握的物理知识、兴趣爱好和想象能力等引导学生提出猜想。教师如何更好地引导学生运用已掌握的物理知识和技能来构建出新的物理猜想呢?笔者认为，教师在实际教学过程中需要讲究提出猜想一些方法。

1.启发学生根据自己各种经历、各种经验和已学的知识提出猜想

科学发展的经验告诉我们，科学的猜想并非胡乱猜测，它需要有科学依据，要根据学生的经历、经验、生活常识等提出猜想。爱因斯坦创立的“相对论”起初就是根据前人的经验、自己的经历以及自己掌握的科学知识提出的猜想，然后通过观察、推理、推导、证明，才提出了理论依据，最后才建立了举世闻名的“相对论”。例如，在学习“自由落体运动”时，先让学生观察羽毛和铁片在有空气的玻璃管中同时下落的情况，再启发他们猜想如果将玻璃管中的空气抽出后，再让羽毛和铁片同时下落会出现什么情况。让学生猜想并记下这些猜想，然后通过演示实验让学生观察，最后得出结论。这种通过启发学生猜想和实验演示相结合的教学方法，更能加深学生理解所学的物理知识。

2.激励学生讨论，诱发物理猜想

在教学过程中学生引导学生进行猜想时，应该将学生分成几个组，让各组提出各自不同的猜想，并由他们各自陈述自己猜想的理由和依据。激励他们讨论、争辩，经过讨论和争辩提高他们对物理猜想的兴趣和对物理猜想的积极性。例如，在学习“牛顿第二定律”时，将同学们分成两个小组，一组猜想物体的加速度与力的关系，另一组猜想物体的加速度与质量的关系，然后让他们分别做实验，得出结论。教师在课堂中认真听取各组学生的观点后，引导诱发他们讨论并猜想加速度与力及质量的关系，最后总结出牛顿第二定律。这样能更好地完成教学任务，取得更好的教学效果。

3.鼓励学生大胆猜想

在教学过程中许多学生由于害怕自己提出的猜想被其他同学取笑或者自己提出的猜想不正确被老师责怪而羞以启齿，这时教师应该鼓励、引导学生大胆猜想，消除他们的顾虑。例如，研究玻璃的折射率时，可以猜想单色光通过平行玻璃砖后传播方向是否发生改变。先鼓励学生大胆进行猜想其出射的方向，并记下来。不管他们的猜测是否合理、准确，教师都要持平和的态度，让实验验证结果。只有这样才能提高学生的学习积极性，增强学生科学猜想的意识。

4.创造良好的猜想条件

在教学过程中，当教学到有利于培养学生猜想能力的内容时，教师应该积极引导鼓励学生进行猜想。例如，在“楞次定律”教学中，教师在课堂演示让磁体的N极靠近闭合的铝环的实验之前，先启发学生猜想让磁体的N极靠近闭合的铝环时会看到什么现象，让磁体的N极去靠近有缺口的铝环时又会看到什么现象。然后通过实验引导学生注意观察实验现象。同样，让磁体的S极去靠近闭合的铝环时又会出现什么情况。总之，教师要尽最大可能为学生进行猜想创造条件。

物理猜想既是一种自由尝试，也是一种严谨的创造，因此，在教学过锃中，教师要善于抓住每一个有利于提高学生猜想能力的机会，鼓励学生大胆猜想，从而提高他们的思维能力，增加他们学习物理的兴趣，进而提高物理教学的效率。

【参考文献】

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