高中物理教學(xué)中學(xué)生建模能力的提升策略

劉華博

【摘要】在高中物理教學(xué)中關(guān)注學(xué)生建模能力的培養(yǎng)可以幫助學(xué)生更好地分析、解決物理問(wèn)題，能強(qiáng)化學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效果.建模能力屬于學(xué)生物理綜合能力的表現(xiàn)，在實(shí)際教學(xué)中，高中物理教師應(yīng)該結(jié)合學(xué)生的具體情況，采取多樣化的教學(xué)方式來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的建模意識(shí)，提高學(xué)生的建模能力，讓學(xué)生能更加高質(zhì)量地完成物理學(xué)習(xí).

【關(guān)鍵詞】高中物理;建模能力;提升策略

在高中物理學(xué)習(xí)中，涉及到的模型有很多，如傳送帶模型、彈簧模型等，通過(guò)物理模型的建立，能幫助學(xué)生更加快速、準(zhǔn)確地處理物理問(wèn)題，有助于學(xué)生知識(shí)內(nèi)化.高中物理教師在日常教學(xué)中，需要特別關(guān)注學(xué)生物理建模能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生的建模意識(shí)，促使學(xué)生能借助建模更加高質(zhì)量地處理物理問(wèn)題，優(yōu)化學(xué)生物理學(xué)習(xí)活動(dòng).

1 高中物理教學(xué)常見(jiàn)的模型

在高中物理教學(xué)中，常見(jiàn)的物理模型主要包括：（1）對(duì)象模型.這是一種理想化的物理模型.在現(xiàn)實(shí)中，由于真實(shí)情況相對(duì)比較復(fù)雜，教師在引導(dǎo)學(xué)生用物理知識(shí)對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行分析處理時(shí)，會(huì)讓學(xué)生通過(guò)忽視風(fēng)的阻力、空氣阻力等抽象性條件，達(dá)到理想狀態(tài)模型，代替原來(lái)的實(shí)物.

（2）過(guò)程模型.這種模型主要是對(duì)物體的變化過(guò)程、變化規(guī)律進(jìn)行歸納.在建模中需要將物體真實(shí)狀態(tài)下發(fā)生的變化假設(shè)成理想狀態(tài)，如理想狀態(tài)下的物體自由落體運(yùn)動(dòng)、理想狀態(tài)下的氣體等壓變化.

（3）條件模型.這種模型是對(duì)物體理想化狀態(tài)的主要條件進(jìn)行研究，如忽視繩子質(zhì)量、忽視物體表面摩擦力等，讓問(wèn)題變得更加簡(jiǎn)單.

（4）理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)有很多因素對(duì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)造成影響，而通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)，能對(duì)限制條件進(jìn)行理想化處理，從而讓實(shí)驗(yàn)變得更加合理.

2 高中物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生建模能力的意義

物理學(xué)科是高中教育中的重要課程，其涉及到的知識(shí)內(nèi)容相對(duì)比較復(fù)雜、廣泛.高中生面對(duì)這些抽象復(fù)雜的內(nèi)容時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不知道如何學(xué)習(xí)的情況，可以說(shuō)物理學(xué)科對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)既是挑戰(zhàn)，也是考驗(yàn).

在物理課堂上，學(xué)生會(huì)出現(xiàn)因?yàn)椴欢畣?wèn)題而無(wú)法跟上教學(xué)進(jìn)度的情況，教師在課堂上單純地給學(xué)生口頭講解知識(shí)，學(xué)生理解難度極高，這就會(huì)出現(xiàn)“惡性循環(huán)”的情況，學(xué)生不懂的問(wèn)題也會(huì)逐漸增多.而物理建模則可以將抽象復(fù)雜的物理情境通過(guò)形象化的方式呈現(xiàn)出來(lái)，這樣學(xué)生就可以在學(xué)習(xí)中更好的抓住問(wèn)題本質(zhì)、規(guī)律，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化問(wèn)題、高效學(xué)習(xí).因此在高中物理教學(xué)中，關(guān)注學(xué)生物理建模能力培養(yǎng)具有十分重要的意義.

一方面，通過(guò)物理建模可以讓學(xué)生在物理問(wèn)題解決中，用簡(jiǎn)單的方式處理復(fù)雜的問(wèn)題，這樣學(xué)生就能更加準(zhǔn)確地抓住問(wèn)題本質(zhì)，有助于學(xué)生物理學(xué)習(xí)效果提升.高中物理學(xué)科本身具有較強(qiáng)的抽象性，物理教材中的問(wèn)題對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度比較高，教師只是口述很難讓學(xué)生理解、想象題目中所描述的內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)中聽(tīng)不懂又會(huì)降低其學(xué)習(xí)積極性，這也就影響到課堂教學(xué)活動(dòng)的順利推進(jìn).在這種情況下，無(wú)論教師是繼續(xù)講解新知識(shí)，還是重復(fù)講解過(guò)去的知識(shí)，都會(huì)讓學(xué)生感覺(jué)很困難.通過(guò)物理建模，則可以讓問(wèn)題更加清晰地展現(xiàn)到學(xué)生面前，有助于學(xué)生深層次把握物理原理，促進(jìn)了學(xué)生吸收、內(nèi)化知識(shí).

另一方面通過(guò)對(duì)學(xué)生的建模意識(shí)、建模能力進(jìn)行培養(yǎng)，能促進(jìn)學(xué)生物理思維、物理習(xí)慣的養(yǎng)成，有助于學(xué)生實(shí)際問(wèn)題解決能力的提升.同時(shí)，在高中物理教學(xué)中，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生建模能力，還可以讓學(xué)生在解決問(wèn)題中不需要根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)去猜想、推斷，而是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，忽略不必要的次要條件，結(jié)合實(shí)際來(lái)做到問(wèn)題理想化處理，將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)變成了理想的物理情境，學(xué)生可以更加準(zhǔn)確地獲取結(jié)果.

在高中物理教學(xué)中，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，能讓學(xué)生更加靈活地應(yīng)用物理知識(shí)，對(duì)于學(xué)生物理核心素養(yǎng)提升十分有利.

3 高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生建模能力的策略

物理課堂是學(xué)生獲取物理知識(shí)的重要平臺(tái)，教師在實(shí)踐教學(xué)中，不僅要引導(dǎo)學(xué)生獲取相應(yīng)的物理知識(shí)，還需要指引學(xué)生開(kāi)展物理建模，并且要給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)，讓學(xué)生嘗試自己建模，在建模中對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、思考，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)水平提升.

3.1 在概念規(guī)律教學(xué)中示范建模

高中物理教材中涉及到的很多知識(shí)點(diǎn)都比較抽象，并且涉及到諸多物理規(guī)律，如自由落體、平拋運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞、質(zhì)點(diǎn)等.教師在課堂上要指引學(xué)生構(gòu)建清晰的物理模型，把握物理模型成立的條件、特點(diǎn)，促使學(xué)生可以在實(shí)際情景中構(gòu)建物理模型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化處理.

例如 在質(zhì)點(diǎn)概念教學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)是高中生在物理學(xué)習(xí)中的一個(gè)理想模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)中需要明白為什么引入質(zhì)點(diǎn)概念、什么研究對(duì)象可以看做是質(zhì)點(diǎn)、在生活中是否有質(zhì)點(diǎn)存在等問(wèn)題.

在實(shí)際中，研究對(duì)象是一個(gè)很復(fù)雜的存在，學(xué)生在研究問(wèn)題時(shí)，需要將一些不重要的因素忽略，抓住問(wèn)題主要因素，將復(fù)雜的研究對(duì)象看做是沒(méi)有體積、不占空間，具有質(zhì)量的點(diǎn)，也就是質(zhì)點(diǎn).

在課堂上，教師可以借助實(shí)例幫助學(xué)生理解應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)模型.如地球在圍繞太陽(yáng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)時(shí)，地球是否可以看做質(zhì)點(diǎn)？地球在自轉(zhuǎn)過(guò)程中能否看做是質(zhì)點(diǎn)？在研究乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)是否能將其看做是質(zhì)點(diǎn)？在研究乒乓球運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)情況時(shí)是否能將其看做質(zhì)點(diǎn)？通過(guò)這樣對(duì)比分析，可以讓學(xué)生更好地理解質(zhì)點(diǎn)模型的成立條件、質(zhì)點(diǎn)模型特征，能改變學(xué)生“小物體可以看做質(zhì)點(diǎn)，大物體不能看做質(zhì)點(diǎn)”的錯(cuò)誤思想.

例如 在平拋運(yùn)動(dòng)教學(xué)中，平拋運(yùn)動(dòng)是高中物理教學(xué)中比較典型的過(guò)程模型，在課堂上教師可以通過(guò)探究式教學(xué)方式，指引學(xué)生可以親身體驗(yàn)平拋運(yùn)動(dòng)模型的形成過(guò)程，讓學(xué)生能對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)模型的核心特點(diǎn)，即在水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，在豎直方向保持自由落體運(yùn)動(dòng);在處理平拋運(yùn)動(dòng)模型時(shí)可以通過(guò)化曲為直的方法有深刻的認(rèn)識(shí).

教師要借助一些實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生理解，如在射擊比賽中，靶子與槍處于同一水平高度，子彈朝著靶子水平射出的過(guò)程中，靶子自由下落，忽略空氣阻力，問(wèn)子彈是否可以命中目標(biāo).在這個(gè)實(shí)際情境中，學(xué)生需要考慮以下問(wèn)題：在整個(gè)過(guò)程中研究的主要對(duì)象是誰(shuí)？在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否能將靶子和子彈看做是質(zhì)點(diǎn)？理想條件是什么？這些條件對(duì)子彈及靶子運(yùn)動(dòng)會(huì)帶來(lái)什么影響？子彈與靶子分別在做什么運(yùn)動(dòng)？如何分解子彈的運(yùn)動(dòng)？子彈兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)之間有什么關(guān)聯(lián)，與靶子運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系？通過(guò)這樣的思考，可以幫助學(xué)生更加精準(zhǔn)的構(gòu)建物理模型，能加深學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)模型的認(rèn)知.

3.2 聯(lián)系生活培養(yǎng)學(xué)生建模能力

物理學(xué)科與學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活具有十分緊密的關(guān)聯(lián)，不管是從物理知識(shí)起源、發(fā)展的角度看，還是從物理學(xué)科的形成、服務(wù)功能看，物理都與社會(huì)生活緊密相關(guān).

高中生在物理學(xué)習(xí)中對(duì)物理模型是比較陌生的，特別是在剛進(jìn)入高中階段，學(xué)生經(jīng)常會(huì)遇到不知道用什么展現(xiàn)物理問(wèn)題的情況.所以高中物理教師在實(shí)際教學(xué)中需要指引學(xué)生深挖物理學(xué)科與現(xiàn)實(shí)生活之間的關(guān)聯(lián)，結(jié)合生活中的物理現(xiàn)象來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的建模水平.在課堂上，高中物理教師要注意為學(xué)生構(gòu)建熟悉的生活環(huán)境、社會(huì)氛圍，指引學(xué)生創(chuàng)建物理模型，處理相應(yīng)的物理問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的理解.

例如 在“能量守恒定律”教學(xué)中，為了深化學(xué)生的理解，讓學(xué)生意識(shí)到能量不會(huì)憑空出現(xiàn)，也不會(huì)無(wú)緣無(wú)故地消失，能量只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式，或者是從某個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，在整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量總量是不會(huì)發(fā)生變化的.

教師可以在教學(xué)過(guò)程中借助實(shí)際案例指引學(xué)生思考探究，如有的學(xué)生提出在乘坐電梯時(shí)，自己并沒(méi)有出力，卻到了高的位置，能量因此而增加.教師對(duì)于學(xué)生的觀點(diǎn)不需要急于否定，可以鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)此進(jìn)行討論，有的學(xué)生表示這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，雖然在坐電梯的過(guò)程中重力勢(shì)能有了增加，但是電梯是由電能驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作，是電能轉(zhuǎn)變成了重力勢(shì)能，符合能量守恒定律.通過(guò)這樣的生活化引導(dǎo)，更容易讓學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，有助于學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)化模型有深入感知.

3.3 簡(jiǎn)化問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生建模能力

物理學(xué)科的難點(diǎn)之一在于其本身的抽象性很高，很多學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，不知道如何建立物理圖景.所以高中物理教師在日常教學(xué)過(guò)程中，必須關(guān)注學(xué)生的物理思維、學(xué)習(xí)思路，要培養(yǎng)學(xué)生簡(jiǎn)化問(wèn)題的能力，為學(xué)生物理問(wèn)題處理打下良好基礎(chǔ).具體來(lái)說(shuō)，在高中物理教學(xué)中教師可以指引學(xué)生通過(guò)物理模型，對(duì)原來(lái)抽象的物理問(wèn)題進(jìn)行呈現(xiàn).

在以往的高中物理教學(xué)中，教師過(guò)于強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的記憶，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)缺乏深入感知，在這種情況下學(xué)生解決物理問(wèn)題時(shí)難免會(huì)遇到各種困難.所以教師需要指引學(xué)生深層次獲取知識(shí)，借助建模的方式來(lái)理解應(yīng)用物理知識(shí)點(diǎn).

例如 在“分子動(dòng)理論”中，教師如果只憑借口頭描述讓學(xué)生理解分子間的作用力，學(xué)生會(huì)感覺(jué)很抽象，記憶不深刻，如果遇到其他比較相似的知識(shí)，很容易出現(xiàn)記憶混淆的情況.對(duì)此教師就可以借助輕彈簧模型引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，在一個(gè)兩端連著小球的輕彈簧上，將小球看做是相鄰分子，彈簧的彈力就是兩個(gè)“分子”的作用力，通過(guò)形象化的模型放大微觀現(xiàn)象，可以讓學(xué)生更加輕松地理解應(yīng)用知識(shí)，這對(duì)于教學(xué)效果的提升十分有利.

3.4 關(guān)注科學(xué)思維培養(yǎng)學(xué)生建模能力

科學(xué)思維是物理研究中比較重要的思想觀念，也是影響學(xué)生建模能力的關(guān)鍵要素.很多物理模型都是建立在科學(xué)思維基礎(chǔ)上的，而在實(shí)踐中人們通過(guò)科學(xué)思維分析問(wèn)題時(shí)也會(huì)用到物理模型，所以高中物理教師還需要在平常教學(xué)中特別注重學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，借助科學(xué)思維強(qiáng)化學(xué)生物理建模水平，這樣學(xué)生在處理物理問(wèn)題時(shí)，就可以在科學(xué)思維引導(dǎo)下快速分析建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的處理.

在高中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)接觸到“理想化處理”這種思維方式，并且也因此產(chǎn)生了很多模型，如在實(shí)驗(yàn)中的細(xì)膩光滑平面、不計(jì)質(zhì)量的輕繩、運(yùn)動(dòng)中不考慮空氣阻力的自由落體運(yùn)動(dòng)、忽略阻尼震動(dòng)的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等.在物理學(xué)科中，關(guān)于理想化處理的案例有很多，教師在日常教學(xué)中需要指引學(xué)生樹(shù)立相應(yīng)的科學(xué)思維，深入體會(huì)物理模型構(gòu)建過(guò)程，指引學(xué)生掌握正確的物理模型構(gòu)建方法，借助模型來(lái)把握物理學(xué)科本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)效果的提升.

4 結(jié)語(yǔ)

在高中物理教學(xué)中，關(guān)注學(xué)生建模能力的培養(yǎng)對(duì)于提高學(xué)生物理解題能力、物理學(xué)習(xí)成績(jī)有極大幫助，同時(shí)建模能力的培養(yǎng)還可以促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升.

在平常教學(xué)中，高中物理教師應(yīng)該將學(xué)生建模能力的培養(yǎng)看做是教學(xué)活動(dòng)的重要任務(wù)，在引導(dǎo)學(xué)生獲取物理知識(shí)的過(guò)程中，關(guān)注學(xué)生建模能力的培養(yǎng)，并組織學(xué)生開(kāi)展相應(yīng)的建模訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生做好建?？偨Y(jié)，逐步提高學(xué)生的建模水平，為學(xué)生的綜合發(fā)展奠定基礎(chǔ).

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