核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的高中物理模型教學(xué)

（泉州市奕聰中學(xué) 福建泉州 362015）

一、物理模型有哪些種類

在高中階段要求學(xué)生掌握的物理模型有五類。

1．實(shí)物模型

在研究一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果該物體的大小、形狀與要研究的問題無關(guān)，那么就可以將這個(gè)物體看做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，忽略掉它的大小，形狀，只研究物體的運(yùn)動(dòng)軌跡或分析其受力情況。這就是實(shí)物模型。

2．概念模型

高中物理教材中，有很多很抽象的概念，比如電場(chǎng)，磁場(chǎng)。那么為了讓學(xué)生更清晰的理解這些概念，就引進(jìn)了電場(chǎng)線，磁場(chǎng)線等概念，把那些看不見摸不著的事物轉(zhuǎn)化為我們可以想象到的事物。

3．過程模型

過程模型就是把實(shí)際錯(cuò)綜復(fù)雜的物理過程理想化。例如，自由落體，勻速圓周運(yùn)動(dòng)等等。[1]

4．類似模型

許多問題我們沒辦法計(jì)算，但是可以找到與其本質(zhì)類似又能夠計(jì)算的問題來帶替它。比如，把帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)模擬成平拋運(yùn)動(dòng)，這樣就可以解決一類電場(chǎng)問題。[2]

5．?dāng)?shù)學(xué)模型

例如自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)曲線為y= （1/2）*g*t*t;這就是用數(shù)學(xué)建模，來模擬運(yùn)動(dòng)過程。

二、小球與輕桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

圖一

圖二

一般輕桿與小球的問題計(jì)算，都需要對(duì)小球進(jìn)行受力分析，在這里就要用到建模法。將小球看做質(zhì)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行受力分析。圖一，假設(shè)小球做圓周運(yùn)動(dòng)，那么可以得出，小球受重力和桿給的拉力。圖二小球隨著木塊一起向上移動(dòng)，則可將球，木塊，桿看做整體受力分析。整體要受重力，支持力，如果斜面不光滑，還要受到滑動(dòng)摩擦力。對(duì)于圖二來說，采用建立模型的方法來解決問題非常容易，可以直接得到想要求的答案。

在小球與輕桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，輕桿提供的力是不固定的，有時(shí)可能是拉力，有時(shí)可能是支持力，桿的彈力方向不一定沿著桿或沿著桿相反的方向，其大小和方向的判斷要根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來決定。桿的彈力大小和方向，可根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律或受力平衡求得。桿提供的力的方向在高考中是一個(gè)極易丟分的點(diǎn)。因此，在對(duì)小球受力分析的時(shí)候要格外謹(jǐn)慎。下面我們以一個(gè)例題來詳細(xì)說明：

如圖所示，一小球套在光滑輕桿上，繞著豎直軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列關(guān)于小球受力分析的說法中正確的是（ ）

A．小球受重力、彈力和摩擦力

B．小球受重力和彈力

C．小球受一個(gè)水平指向圓心的向心

D．小球受重力、彈力的合力是恒力

問題分析：

一小球套在光滑輕桿上，繞著中心軸OO’勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，小球所受的合力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，向心力的方向指圓心。因?yàn)闂U是無摩擦的，小球受重力和桿提供的力，這里的桿雖然方向一直平行于錐面，但是要想小球做圓周運(yùn)動(dòng)，就需要給小球提供指向圓心的圓周力。故根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知，桿提供的力方向應(yīng)當(dāng)一直垂直于錐面。小球不受摩擦力，重力和桿的提供的力兩個(gè)力的合力沿水平方向指向圓心，提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，故A錯(cuò)誤，B正確。向心力不是小球所受到的力，是小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的力，故C錯(cuò)誤小球所受合力方向始終指向圓心的方向提供向心力，力的方向一直在變化，故所受力不是恒力。[3]

研究小球受輕桿的力的過程，就是一個(gè)建模的過程。按照物理模型的分類，它屬于實(shí)物模型。對(duì)于高中學(xué)生來說，做習(xí)題練習(xí)需要系統(tǒng)化歸類，而不是像初中那樣，每一題練一遍。高中的學(xué)生對(duì)于每一類題都應(yīng)合理歸類，然后著重練習(xí)典型題，寫好錯(cuò)題總結(jié)，如此長(zhǎng)期反復(fù)練習(xí)，才能在高考的時(shí)候游刃有余。

物理建模除了文章開頭部分提到的五類之外，還可以更為系統(tǒng)的劃分為3大類：物質(zhì)模型，狀態(tài)模型，過程模型等。我們重點(diǎn)舉例研究的輕桿和小球?qū)儆谖镔|(zhì)模型。在學(xué)習(xí)物理建模的教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生樹立物理模型的意識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”，把抽象的力學(xué)，電學(xué)，磁學(xué)等都與物理建模相結(jié)合，化繁為簡(jiǎn)，類型題歸一，聯(lián)系舊有知識(shí)，促進(jìn)知識(shí)遷移。

學(xué)生學(xué)習(xí)完這些知識(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)已學(xué)過的物理模型進(jìn)行歸納和總結(jié)。教師在此時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)幫助引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，鞏固知識(shí)。物理建模教學(xué)不同于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，模型教學(xué)設(shè)計(jì)可以把書中的例子做適當(dāng)?shù)奶幚?，把一些抽象的物理知識(shí)通過建立模型的方式形象具體地表達(dá)出來，把晦澀難懂的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為有型的實(shí)際案例，既方便了學(xué)生理解新知識(shí)，也提高了教師的自主備課能力，同時(shí)，也符合了核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)理念。在很多時(shí)候，它都需要在教師的幫助下，由學(xué)生自己進(jìn)行思考，在腦海中或者實(shí)際建立一個(gè)模型，發(fā)散思維去解決問題。這個(gè)過程既能夠幫學(xué)生鞏固理論知識(shí)，又能夠幫學(xué)生開闊思維。社會(huì)正在高速發(fā)展，只有頭腦靈活跟上發(fā)展步伐才能夠真正學(xué)好某一門知識(shí)技能。

結(jié)語

綜上所述，物理建模教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于高中的學(xué)生來說是一個(gè)很重要的捷徑，只要掌握了建模的方法，靈活運(yùn)用，那么不論什么問題，基本都可以向建?？繑n。在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的高中物理教學(xué)適當(dāng)引入模型教學(xué)設(shè)計(jì)，極大地豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和思想，也給學(xué)生思考問題提供了“竅門”，改變了學(xué)生只會(huì)看書的弊端。正如孔夫子說的，只學(xué)習(xí)不思考不會(huì)進(jìn)步，只思考不學(xué)習(xí)也不會(huì)進(jìn)步。將學(xué)習(xí)和思考巧妙地進(jìn)行結(jié)合，開創(chuàng)了一種全新的教學(xué)模式，有效的培養(yǎng)了學(xué)生們的物理核心素養(yǎng)，也讓學(xué)生能夠更輕松的掌握好知識(shí)，開闊知識(shí)面。同時(shí)，這也是知識(shí)理論和科學(xué)實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，是教育科學(xué)又上升了一個(gè)層面的標(biāo)志。