淺議基于物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的物理模型建構(gòu)教學(xué)策略

摘 要：在高中物理教學(xué)中，物理模型的建構(gòu)實(shí)際上是科學(xué)的思維模式和能力體現(xiàn)，是物理核心素養(yǎng)的重要部分。物理學(xué)科包含著復(fù)雜的自然科學(xué)知識，建構(gòu)模型能夠加強(qiáng)學(xué)生對物理知識的理解和應(yīng)用，完善他們的思維。因此，教師需要重視物理模型建構(gòu)教學(xué)的研究，在核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下分析高中物理教學(xué)方向，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中理解、運(yùn)用模型并且能夠自主建構(gòu)模型，提高教學(xué)效率。本文就高中物理模型建構(gòu)的相關(guān)概念進(jìn)行了分析，探索了有效的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞： ? 核心素養(yǎng);模型建構(gòu);教學(xué)策略;高中物理

高中物理的教學(xué)價(jià)值體現(xiàn)在能夠培養(yǎng)學(xué)生的物理思維、邏輯分析能力以及科學(xué)應(yīng)用能力，讓學(xué)生能夠利用物理知識解決更多的實(shí)際問題，通過構(gòu)建物理思考模式簡化解決問題的方式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。物理模型思想的融入實(shí)際上是利用模型的構(gòu)建將比較復(fù)雜的問題簡單化，在教學(xué)中，教師需要利用物理知識反映實(shí)際問題，幫助學(xué)生鍛煉思維能力，培養(yǎng)學(xué)生邏輯分析能力，以此提升教學(xué)效率。合理構(gòu)建物理模型需要學(xué)生掌握基本的物理知識，并且在分析問題時(shí)，通過對基本理論的深入研究和實(shí)踐應(yīng)用，真正運(yùn)用好物理模型提升自身的核心素養(yǎng)。

一、物理模型構(gòu)建的概念

在高中物理學(xué)習(xí)中，很多理論和規(guī)律的基礎(chǔ)知識都需要通過構(gòu)建抽象的物理模型進(jìn)行推導(dǎo)，才能夠讓學(xué)生明白其中的內(nèi)涵。模型實(shí)際上是通過物理現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的中介物質(zhì)，主要針對物理現(xiàn)象構(gòu)建模型，通過對模型規(guī)律的分析，應(yīng)用其解決實(shí)際問題，發(fā)現(xiàn)更多物理規(guī)律，推導(dǎo)出適用的公式。在高中物理學(xué)習(xí)中，物理模型的種類是比較多的，因?yàn)樯婕斑\(yùn)動(dòng)、力，以及能量等知識，就需要根據(jù)不同的知識點(diǎn)和概念建構(gòu)模型。例如，物質(zhì)模型、狀態(tài)模型或者是過程模型。但是在實(shí)際應(yīng)用中，學(xué)生還需要根據(jù)舊的模型建構(gòu)新的模型，實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)新，使其能夠解決更多的問題。在高中物理教學(xué)中應(yīng)用物理模型能夠?qū)?fù)雜的問題變得更加簡單，也能夠降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。因?yàn)槟Ｐ鸵话愣际窃诶硐牖募俣ōh(huán)境下產(chǎn)生的，需要一定的抽象思維[1]。例如，在研究質(zhì)點(diǎn)問題時(shí)，需要學(xué)生將運(yùn)動(dòng)中的一些物體看成質(zhì)點(diǎn)，才能夠?qū)\(yùn)動(dòng)問題進(jìn)行研究。也只有將物體抽象化才能夠構(gòu)建物理模型，總結(jié)具體的知識應(yīng)用方式。因此，掌握模型構(gòu)建的方式也能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，同時(shí)提升其學(xué)習(xí)能力。

二、高中物理模型構(gòu)建的類型

根據(jù)高中物理教學(xué)的內(nèi)容看，當(dāng)前在物理模型的構(gòu)建上主要包括理想對象模型、物理過程模型以及理想條件模型。理想對象模型是將研究的問題或者實(shí)際的物理現(xiàn)象看成理想化的狀態(tài)，比如，在高中物理大部分知識中，特別是在研究運(yùn)動(dòng)相關(guān)的知識時(shí)，一般都是將物體看出一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，忽視了物體自身的形狀、大小，以及其他因素的影響。還有研究電荷問題時(shí)的點(diǎn)電荷、磁場線等，這些是肉眼看不見的，但是在學(xué)習(xí)時(shí)將其理想化，才能夠成為研究的對象。而這種模型構(gòu)建可以讓研究的物理問題化繁為簡，更便于學(xué)生在探究的過程中弄清楚相關(guān)的物理結(jié)論和知識理論。物理過程模型是將具體的物理過程進(jìn)行理想化處理，只考慮主要因素影響的過程變化，而忽視了一些次要的因素。比如，高中物理中經(jīng)常研究勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等，而這些運(yùn)動(dòng)都是在理想化的條件下提出的，也只有在理想過程模型建構(gòu)中才能夠?qū)崿F(xiàn)。如果不構(gòu)建物理模型將難以實(shí)現(xiàn)該知識的研究突破，也不利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)深入學(xué)習(xí)。理想條件模型比較好理解，比如光滑的表面將摩擦力影響忽略不計(jì)了，物體視為質(zhì)點(diǎn)后，也忽略了其質(zhì)量的影響，勻加速運(yùn)動(dòng)中任意時(shí)刻加速度是相同的，也忽略了其他條件影響?？梢娫谖锢韺W(xué)習(xí)中，這些物理模型構(gòu)建是貫穿于整個(gè)環(huán)節(jié)和知識內(nèi)容中的，因此，構(gòu)建物理模型是非常有必要的。

三、核心素養(yǎng)背景下，高中物理模型構(gòu)建教學(xué)策略

（一）引導(dǎo)學(xué)生樹立物理模型思維意識，培養(yǎng)物理思維

物理模型的建構(gòu)實(shí)際上是貫穿在整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)時(shí)期的，需要學(xué)生具備這種模型思維和建構(gòu)的意識，從學(xué)習(xí)理論知識開始就能夠從物理模型中探索出物理的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對知識的深入認(rèn)知。但是從當(dāng)下高中物理教學(xué)的情況看，部分高中學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知并不深入，特別是他們的抽象思維能力較差，缺乏了一定的聯(lián)想能力，所以導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中容易產(chǎn)生較大的差距。比如，部分學(xué)生的基礎(chǔ)水平很差，甚至無法理解一些基礎(chǔ)的理論以及知識的應(yīng)用。例如，如何分析作用力和反作用力，如何結(jié)合牛頓第一定律探索運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。而有的學(xué)生卻能夠進(jìn)行物理模型的重新構(gòu)建，在解題的時(shí)候也能夠靈活運(yùn)用?？梢?，物理模型的建構(gòu)意識和能力是影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要因素。因此，教師在物理教學(xué)中要有意識地引導(dǎo)學(xué)生理解物理模型的意義，并且結(jié)合基本的知識，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)建模，幫助學(xué)生形成建模意識，引導(dǎo)學(xué)生對新舊知識實(shí)現(xiàn)靈活理解，啟發(fā)學(xué)生的思維[2]。在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求下，教師需要從物理模型建構(gòu)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，并且讓學(xué)生可以了解不同物理模型的建構(gòu)意義。比如，在學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等知識時(shí)，應(yīng)該讓學(xué)生明白這些對象以及運(yùn)動(dòng)過程實(shí)際上是在一種理想狀態(tài)下提出的，通過理想環(huán)境的構(gòu)建研究了運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，也就是建構(gòu)了一種物理模型，更容易認(rèn)識理論的本質(zhì)。教師可以通過利用信息技術(shù)軟件模擬這種理想狀態(tài)，創(chuàng)建模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，幫助學(xué)生構(gòu)建物理模型。例如，可以先引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用假設(shè)和驗(yàn)證的方式建立模型，然后再根據(jù)條件的變化進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，一步步地形成比較清晰的解題和學(xué)習(xí)思路，這在許多高中物理解題中運(yùn)用得非常廣泛。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比推理，通過對知識、概念以及原理等的遷移應(yīng)用，對不同物理模型進(jìn)行對比，從中找到區(qū)別和不同點(diǎn)，再按照實(shí)際情況進(jìn)行處理，以推動(dòng)舊知識和新知識的關(guān)聯(lián)，也有利于學(xué)生更好地構(gòu)建物理模型。

（二）呈現(xiàn)物理模型思維過程，提升分析能力

在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求下，高中物理教學(xué)需要通過科學(xué)的教育方法促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展，使其真正地從物理學(xué)科知識的學(xué)習(xí)中掌握思考和應(yīng)用的方式，能夠自主地探索物理世界中的各種問題，實(shí)現(xiàn)有效的分析[3]。但是從教學(xué)現(xiàn)狀來看，部分學(xué)生的思維仍然比較膚淺，特別是對物理模型的理解還處于表面的記憶層面。例如，有的學(xué)生在學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)的知識時(shí)，雖然知道這一情境實(shí)際上是一種物理模型，卻不明白為什么平拋運(yùn)動(dòng)中的質(zhì)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)這樣規(guī)律的運(yùn)動(dòng)軌跡，在實(shí)際研究中又忽視了哪些影響因素，而在運(yùn)用的過程中，主要關(guān)注的是平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。這些都說明學(xué)生并沒有形成清晰的物理模型思維，在實(shí)際應(yīng)用的過程中就會(huì)出現(xiàn)各種問題。所以教師要對學(xué)生呈現(xiàn)物理模型思維過程，將隱性教學(xué)轉(zhuǎn)化為顯性的引導(dǎo)，真正幫助學(xué)生明白物理模型思維的核心。比如，在學(xué)習(xí)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，為了讓學(xué)生了解向心力的來源，并且明白模型構(gòu)建的過程，教師可以為學(xué)生展示這幾個(gè)實(shí)例：人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力來源于萬有引力;光滑桌面上用線拴一小球勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，向心力來源是線的彈力或者是重力和其他力的合力;隨唱片迅速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，向心力來源靜摩擦力。而這些實(shí)例中，要想實(shí)現(xiàn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要條件就是除了擁有初速度之外，向心力的大小保持不變，同時(shí)方向要與速度方向垂直。在構(gòu)建模型時(shí)，教師可以通過設(shè)計(jì)對比試驗(yàn)探索勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。例如，教師可以讓學(xué)生在真實(shí)場景中設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，觀察球運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。很多學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)是無法實(shí)現(xiàn)的，教師可以引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)和思考影響的因素。因?yàn)閷?shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)桌面無法保證平滑，有了摩擦力、空氣阻力等其他力的干擾，并不能實(shí)現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)。然后用信息技術(shù)軟件模擬光滑桌面上用線拴一小球勻速轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)，通過軟件設(shè)計(jì)相同數(shù)據(jù)探索勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。而軟件模擬的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上是一種理想狀態(tài)，也是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型，而理想模型的建構(gòu)是在實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)上的，也是在學(xué)生思考的狀態(tài)下對條件進(jìn)行調(diào)整和設(shè)計(jì)，才有了物理模型。而這個(gè)模型構(gòu)建的過程能夠幫助學(xué)生清楚地了解建構(gòu)思維，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)。

（三）豐富物理模型建構(gòu)方法，拓展應(yīng)用途徑

教師在教學(xué)時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生掌握一些物理模型建構(gòu)的常用方法。例如，歸納法、抽象法等，幫助學(xué)生拓展模型建構(gòu)的途徑，從不同角度應(yīng)用模型分析實(shí)際問題。例如，在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，教師可以讓學(xué)生使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。在此實(shí)驗(yàn)中依據(jù)的原理是：設(shè)定物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，并且在各個(gè)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)對位移、時(shí)間和加速度的關(guān)系進(jìn)行記錄和分析，得到相應(yīng)的規(guī)律。然后通過計(jì)算加速度的平均值測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。所以該方式是通過數(shù)據(jù)記錄和歸納的方式構(gòu)建物理模型，在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生需要通過多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄才能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行歸納，找到其中幾個(gè)數(shù)值的規(guī)律，并且進(jìn)行有效計(jì)算。而抽象法是將現(xiàn)實(shí)生活問題利用抽象化處理手段，通過構(gòu)建理想的物理模型解決實(shí)際的問題。這種方式主要運(yùn)用在電場、磁場、能量守恒等肉眼無法看到的，但是實(shí)際又存在的物理現(xiàn)象[4]。教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用合適的表達(dá)手法或者工具構(gòu)建物理模型，為學(xué)生建立一個(gè)問題研究的環(huán)境，幫助學(xué)生掌握物理模型的構(gòu)建技巧。

比如，在研究一般意義上的碰撞問題時(shí)，光滑平面上兩個(gè)質(zhì)量不同的小球發(fā)生了正碰和斜碰兩種碰撞，根據(jù)該問題構(gòu)建物理模型時(shí)，首先要對正碰的情況進(jìn)行模型構(gòu)建：第一，完全彈性碰撞，碰撞時(shí)產(chǎn)生了彈性形變，碰撞后形變完全消失;第二，完全非彈性碰撞，碰撞后物體相對靜止，也就是碰撞時(shí)產(chǎn)生的形變沒有恢復(fù)，碰撞后相互作用的物體具有共同速度;第三，一般碰撞，碰撞時(shí)產(chǎn)生的形變有部分恢復(fù)。而這三個(gè)不同情況的物理模型構(gòu)建之后，都需要對機(jī)械能、動(dòng)量變化等情況進(jìn)行分析，找到可以應(yīng)用的知識點(diǎn)。而且要解決該問題，學(xué)生必須要根據(jù)不同的情況建立物理模型，才能夠體現(xiàn)物理知識的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高答題的質(zhì)量。所以教師在講解時(shí)，可以利用信息技術(shù)智能模擬軟件模擬出這三種不同的情況，然后讓學(xué)生分析出現(xiàn)這幾種情況的原因，真正掌握物理模型構(gòu)建的方式。

（四）加強(qiáng)物理模型的實(shí)際應(yīng)用，提升解決問題能力

利用物理模型解決實(shí)際問題是高中物理教學(xué)的重要部分，也是高中生需要掌握的重要知識和技能，只有在不斷應(yīng)用中才能夠真正掌握物理模型構(gòu)建的方式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。在高中物理解題中經(jīng)常用到的經(jīng)典模型有：皮帶模型，主要研究的是摩擦力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律，以及功、能等問題;斜面模型研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律和三大定律;子彈打木樁模型研究的是摩擦生熱、臨界問題，以及三大定律等。除此之外還有單擺模型、平拋模型、彈簧模型等，也是歷年高考的重點(diǎn)題型。學(xué)生只有掌握了模型建構(gòu)運(yùn)用的方法才能夠應(yīng)對靈活變化的題目，從中分析出解題的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，教師需要針對不同物理模型的應(yīng)用方式進(jìn)行歸納整理，在設(shè)計(jì)題型以及解題引導(dǎo)的過程中，讓學(xué)生重視對模型類別、特點(diǎn)，以及關(guān)鍵知識點(diǎn)進(jìn)行分析，并且學(xué)會(huì)使用對比、拓展延伸以及歸納總結(jié)等方式創(chuàng)新物理模型，真正提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)[5]。例如，教師可以讓學(xué)生準(zhǔn)備一個(gè)整理本，根據(jù)自己學(xué)習(xí)的情況對物理模型構(gòu)建的案例進(jìn)行整理，并且定期對這些案例進(jìn)行歸類。比如，哪些屬于碰撞模型、哪些屬于運(yùn)動(dòng)模型、哪些屬于振動(dòng)模型。其中碰撞模型一般有幾種，什么條件下可以構(gòu)建完全碰撞、非完全碰撞模型，不同模型之間有什么區(qū)別，在解題時(shí)應(yīng)該應(yīng)用到哪些公式。比如，在碰撞模型中應(yīng)該遵守的原則是：動(dòng)量守恒原則、系統(tǒng)能量守恒原則、情境可行性原則等，所以在分析問題時(shí)需要結(jié)合這些條件進(jìn)行物理模型的探索，利用物理模型解題。學(xué)生可以根據(jù)教師的講解、考試的類型，以及錯(cuò)題的積累等進(jìn)行匯總，定期對題目重新分析和審視，并且嘗試重新構(gòu)建物理模型，這樣在反復(fù)的練習(xí)中，學(xué)生才能真正掌握物理模型構(gòu)建應(yīng)用方式，提高學(xué)生的物理素養(yǎng)和能力。

結(jié)束語

總的來說，在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求下，高中物理模型建構(gòu)思想的融入能夠幫助學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的積極性。因此，教師要深入挖掘教材的內(nèi)容，設(shè)計(jì)不同類型的教學(xué)活動(dòng)和方式，引導(dǎo)學(xué)生了解物理模型、認(rèn)識物理模型以及應(yīng)用物理模型，通過科學(xué)的模型構(gòu)建教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和應(yīng)用能力，以促進(jìn)高中生綜合素質(zhì)的發(fā)展。

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作者簡介：王君（1979— ），女，漢族，江蘇揚(yáng)州人，江蘇省揚(yáng)州大學(xué)附屬中學(xué)，中學(xué)一級，本科。研究方向：中學(xué)物理教學(xué)。