注重建模教學(xué)培養(yǎng)核心素養(yǎng)

胡從榮

摘要：在物理教學(xué)中，對利用、挖掘教材中的物理模型重視不夠，給學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中造成了一定的困難。通過對《動(dòng)能及動(dòng)能定理》教學(xué)的剖析，得出在物理教學(xué)中注重構(gòu)建物理模型這種科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，可以促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，讓學(xué)生更好地領(lǐng)悟、應(yīng)用建立理想模型這種科學(xué)思維方法，以達(dá)到培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：理想模型；核心素養(yǎng)；物理教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672-1578（2018）03-0192-01

有關(guān)動(dòng)能定理的理論推導(dǎo)，2010年人教版高中物理第2冊寫到：設(shè)某物體的質(zhì)量為m，在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒力F的作用下發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2，這個(gè)過程中力F做的功W=Fl。根據(jù)牛頓第二定律F=ma，而v22-v12=2al，即l=v22-v122a

把F、l的表達(dá)式代入W=Fl，可得W=ma（v22-v12）2a，也就是W=12mv22-12mv12

從這個(gè)式子可以看出，"12mv2"很可能是一個(gè)具有特定意義的物理量，因?yàn)檫@個(gè)物理量在過程終了與過程開紿時(shí)的差，正好等于力對物體做的功，所以"12mv2"應(yīng)該就是我們尋找的動(dòng)能的表達(dá)式。W=12mv22-12mv12表明，力在一個(gè)過程中對物體做的功，等于物體在這個(gè)過程中動(dòng)能的變化，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)能定理。

從上面的敘述可以看出，教材在得出動(dòng)能表達(dá)式和動(dòng)能定理的過程中，對是否要建立物理模型，怎樣建立物理模型只字未提。

由于實(shí)際物理問題相對復(fù)雜，決定其物理現(xiàn)象或過程的因素較多，有些因素對研究的現(xiàn)象或過程影響又不大，在物理研究過程中只保留對研究的現(xiàn)象或過程起主要決定作用的因素，將一些次要因素忽略不計(jì)。這種經(jīng)過忽略次要因素，保留主要因素抽象而得的實(shí)體或過程，叫理想模型。如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷等屬實(shí)體模型，勻變速運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等是過程模型。理想模型是科學(xué)抽象的產(chǎn)物，是將對象的本質(zhì)屬性和基本過程以最純粹的形式甚至以某種極限狀態(tài)表現(xiàn)出來。在自然科學(xué)的研究中，理想模型的建立，具有十分重要的意義。由于客觀事物具有質(zhì)的多樣性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律往往是非常復(fù)雜的，不可能一下子把它們認(rèn)識(shí)清楚。構(gòu)建理想模型，可以使問題的處理大為簡化，從而便于人們?nèi)フJ(rèn)識(shí)和掌握并應(yīng)用它們。一般情況下，物理學(xué)理論研究的直接對象是抽象而得的理想模型而非實(shí)際物理問題。建立物理模型的過程是一個(gè)學(xué)生經(jīng)歷深度思考和深度度學(xué)習(xí)的科學(xué)思維過程。該過程可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維水平，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

構(gòu)建理想模型是科學(xué)思維的重要組成部分，有了《探究做功與速度變化的關(guān)系》作基礎(chǔ)，動(dòng)能和動(dòng)能定理這節(jié)教學(xué)看起來并不難，但如果我們不對其中隱含的科學(xué)思維進(jìn)行挖掘并加以利用的話，就會(huì)錯(cuò)失一次有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的機(jī)會(huì)。在我所接觸到的教學(xué)設(shè)計(jì)或教學(xué)建議中，還沒有看到一例要學(xué)生思考，應(yīng)該構(gòu)建一個(gè)怎樣的物理模型來進(jìn)行做功與動(dòng)能關(guān)系的研究，幾乎所有的教學(xué)設(shè)計(jì)或教學(xué)建議都是直接給出教材上的模型。問題的關(guān)鍵在于，我們的學(xué)生在大多數(shù)情況下，給出一個(gè)問題，他們很可能不會(huì)想到要先確定一個(gè)物理模型，然后由這個(gè)物理模型經(jīng)過理論或?qū)嶒?yàn)探究得出一個(gè)初步結(jié)論。用此結(jié)論去解決相關(guān)問題，若吻合，則初步認(rèn)定正確，若不吻合、還要進(jìn)一步進(jìn)行研究。如果教學(xué)中不重視物理建模思想和方法的滲透，當(dāng)學(xué)生碰到一個(gè)情景比較復(fù)雜的問題時(shí)，沒有將實(shí)際問題經(jīng)過加工抽象成理想模型的意識(shí)，自然談不上培養(yǎng)建立物理模型的能力了。解決具體的物理問題，將現(xiàn)實(shí)原型抽象為理想模型又是必經(jīng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)的意識(shí)和能力差，表現(xiàn)出來的常常就是一聽就懂、一看就會(huì)、一做就錯(cuò)。所以，如果能將這節(jié)內(nèi)容的科學(xué)思維因素挖掘出來，并在教學(xué)中加以利用，對培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)會(huì)更有效。

本節(jié)包含的科學(xué)思維主要有兩點(diǎn)：一是建立過程模型。在這個(gè)過程中，物體實(shí)際上會(huì)受到阻力的作用，所以教材給出了"光滑水平面"這樣一個(gè)理想模型，保證了合外力等于 ，忽略了阻力的影響。保證物體做的是一個(gè)初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，只有 對物體做功。體現(xiàn)了建立理想模型的思想。然后從從已有的知識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、功的計(jì)算公式得出動(dòng)能的表達(dá)式及動(dòng)能定理。要得出一個(gè)物理規(guī)律，首先就要尋找到一個(gè)合適的模型，這個(gè)模型越簡單越好。物體沿光滑水平面做初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是符合這一要求的理想模型之一。所以教材上就以這樣一個(gè)模型來進(jìn)行研究。

二是選定這樣一個(gè)過程模型之后，還要保證F作用在真實(shí)的這個(gè)物體上，物體沒有發(fā)生彈性形變，這樣可以得到如下有用的結(jié)果：物體可以抽象成質(zhì)點(diǎn)、沒有彈性勢必能參與轉(zhuǎn)化。加上重力勢能沒有參與轉(zhuǎn)化，在所發(fā)生的這個(gè)理想過程中根據(jù)做功與能量變化相關(guān)的思想，力做功的結(jié)果只是引起動(dòng)能的變化，綜合得出動(dòng)能的表達(dá)式和動(dòng)能定理。

可見，在得出動(dòng)能表達(dá)式及動(dòng)能定理的過程中，涉及到了實(shí)體模型"質(zhì)點(diǎn)"和"光滑水平面"、過程模型"勻加速直線運(yùn)動(dòng)"。在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中，"模型"或"建模"多次出現(xiàn)，首次將構(gòu)建理想模型提到了一個(gè)重要的位置，可以說是抓住了高中物理教學(xué)的牛鼻子。老師們?yōu)槭裁纯偸怯X得物理難教，學(xué)生也總是覺得物理難學(xué)，其中一個(gè)原因是老師在教的過程中對物理思想或方法滲透不夠，學(xué)生在學(xué)的過程中沒有領(lǐng)悟物理學(xué)研究和解決物理問題的一些基本的思想和方法。建立物理模型在今后的物理教學(xué)中應(yīng)引起足夠重視，才能更好地達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張大昌，彭前程等.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物理2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2010

[2]教育部基礎(chǔ)教育課程教材專家工作委員會(huì)，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）[M].2016