核心素養(yǎng)背景下高中物理模型解題法的構(gòu)建策略分析

周凡

在新課程教學(xué)改革的背景下，高中教學(xué)體系注重培養(yǎng)和提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。在高中物理教學(xué)的過(guò)程中，教師培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理模型解答物理問題，通過(guò)物理模型的運(yùn)用，可以有效鍛煉學(xué)生的思維能力，將所學(xué)的物理知識(shí)與物理模型結(jié)合在一起解決物理問題。在課堂教學(xué)的過(guò)程中，教師利用物理模型的方式提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)，營(yíng)造趣味的物理課堂，提升學(xué)生的解題技巧以及解題方法，提高物理課堂的教學(xué)質(zhì)量。

高中物理教學(xué)中，物理模型的運(yùn)用對(duì)于分析和解答物理問題非常關(guān)鍵，物理模型的運(yùn)用可以將復(fù)雜、抽象的物理問題簡(jiǎn)單化，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的物理知識(shí)綜合起來(lái)，清晰把握物理知識(shí)的體系。在物理課堂上優(yōu)化和培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力，既可以提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，又能夠改變學(xué)生傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，提升學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力。

一、核心素養(yǎng)背景下物理課堂引導(dǎo)學(xué)生抓住建模的本質(zhì)

高中階段的物理知識(shí)具有較強(qiáng)的綜合性，高中物理問題常?？疾閷W(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)的掌握和理解程度，在課堂教學(xué)培養(yǎng)的過(guò)程中，教師注重引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)融合在一起，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，注重創(chuàng)新，逐步培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砟芰Α?/p>

在面對(duì)綜合性強(qiáng)的物理問題的時(shí)候，學(xué)生往往會(huì)產(chǎn)生“似曾相識(shí)卻無(wú)從下手”的困惑之情，主要是因?yàn)閷W(xué)生被物理題目中的已知條件迷惑，不知采用何種解題方法抓住問題的本質(zhì)，反復(fù)讀題學(xué)生也不能正確識(shí)別出物理問題中蘊(yùn)藏的物理模型，由此導(dǎo)致高中生解題效率低，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心受挫。例如：在解決豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)中常用的輕繩模型和輕桿模型，學(xué)生在問題分析的時(shí)候常常只能看到兩種模型之間的相同點(diǎn)——豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，而在實(shí)際物理問題解決中，學(xué)生往往不能正確區(qū)分使用哪一種模型進(jìn)行題目的解答（區(qū)別是一個(gè)模型中是繩，一個(gè)模型中是桿）。此時(shí)，教師在課堂上需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)兩種模型在最高點(diǎn)的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，對(duì)比受力情況以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況，引導(dǎo)學(xué)生抓住物理模型構(gòu)建的關(guān)鍵。在這兩類模型中，最根本的本質(zhì)區(qū)別在于：豎直圓周運(yùn)動(dòng)中過(guò)最高點(diǎn)的時(shí)候，無(wú)向上支撐力但有向下的拉力的情形為輕繩模型，過(guò)最高點(diǎn)的時(shí)候既有向上支撐力又有向下的拉力的時(shí)候即為輕桿模型。所以只要通過(guò)對(duì)比在同一最高點(diǎn)位置的受力情況就可以使得學(xué)生輕松地進(jìn)行物理模型的判斷，后續(xù)在解答問題的時(shí)候利用牛頓第二定律：mg+FN=m進(jìn)行豎直圓周運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步分析，對(duì)比最高點(diǎn)臨界狀態(tài)。當(dāng)學(xué)生清晰地明確兩者的受力分析和運(yùn)動(dòng)本質(zhì)，就可以構(gòu)建正確的物理模型，提高物理問題的解答效率以及正確率。

在物理問題分析的過(guò)程中，學(xué)生習(xí)慣性地依賴教師的講解，缺少自主思考的能力。在核心素養(yǎng)培養(yǎng)的背景下，教師要注重優(yōu)化學(xué)生的思維，鍛煉學(xué)生的自主思考能力，通過(guò)物理建模問題的講解以及分析，引導(dǎo)學(xué)生探討適合自己的物理學(xué)習(xí)方法。掌握物理建模解題方法，在面對(duì)物理問題的時(shí)候，學(xué)生不再機(jī)械地生搬硬套物理公式和物理定義，而是要在吸收知識(shí)以及思考的過(guò)程中構(gòu)建物理解題模型，探究物理知識(shí)的本質(zhì)，正確、高效地處理物理問題。

高中生常見的物理問題包括受力分析、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、空間幾何、時(shí)間關(guān)系等。在分析物理問題的時(shí)候?qū)W生要依照物理情境構(gòu)建理想化的模型，依照物理規(guī)律進(jìn)行物理問題的解決，構(gòu)建物理模型，進(jìn)而找到合適的物理公式。例如：在解決物理問題：“跳高運(yùn)動(dòng)員的身高為h，想要越過(guò)高度為1.2h的橫桿，該名運(yùn)動(dòng)員至少需要多大起跳速度呢？”這一物理問題中涉及到的解題關(guān)鍵要素比較少，學(xué)生在讀題的過(guò)程中很難理清自己的思路，構(gòu)建合適的物理模型。教師在引導(dǎo)學(xué)生自主思考的過(guò)程中，先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理情景的分析，運(yùn)動(dòng)員在助跑起跳的時(shí)候是豎直方向上的速度，在跳起來(lái)之后為了確保人剛好可以越過(guò)桿子，需要在最高點(diǎn)的時(shí)候運(yùn)動(dòng)速度為0，由此學(xué)生可以找到運(yùn)動(dòng)類的物理模型進(jìn)行分析，繪制運(yùn)動(dòng)軌跡，快速整理出本題的解題模型和對(duì)應(yīng)的物理公式。在本題分析解答的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員在空氣中受到的阻力可以忽略不計(jì)，設(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為m，借助動(dòng)力學(xué)的公式：2ax=vt2-v02，在牛頓第二定律的輔助下列出解題的公式：ma=-mg。依照已知條件：運(yùn)動(dòng)員的高度與桿的高度，將已知條件引入到解題模型中，正確得出本題的結(jié)論。

二、核心素養(yǎng)背景下物理課堂中深化“一模多變”解題法深化學(xué)生的思維能力

高中階段學(xué)生面臨的物理問題對(duì)知識(shí)的考核范圍是比較廣的，高中物理知識(shí)體系龐大，綜合性、抽象性強(qiáng)，對(duì)于學(xué)生的考核也較為靈活、多變，為此，教師要培養(yǎng)學(xué)生的靈活思維能力，對(duì)于物理模型的構(gòu)建也要引導(dǎo)學(xué)生掌握“一模多變”的解題方法，鼓勵(lì)學(xué)生在掌握一種物理模型之后靈活地運(yùn)用，在不同的物理情境中研究模型中涉及到的研究對(duì)象、物理情景、物理?xiàng)l件等，學(xué)會(huì)在物理問題中找到解題和建模的關(guān)鍵點(diǎn)，化繁為簡(jiǎn)，整理出解題的關(guān)鍵，降低學(xué)生對(duì)于綜合性物理問題的畏難情緒。

例如：在分析物理問題：“一條干涸的水渠中，底部有一個(gè)半徑約為幾十米的圓弧，同學(xué)們?cè)谒撞苛锖当瑸榱藴y(cè)量學(xué)生的運(yùn)動(dòng)速度，準(zhǔn)備了秒表、長(zhǎng)約1米的光滑木板，在溜冰的間隙，學(xué)生如何利用現(xiàn)有的工具測(cè)量圓弧的半徑？”這一問題與實(shí)際生活情境有較強(qiáng)的聯(lián)系，重點(diǎn)考查學(xué)生是否可以靈活掌握和運(yùn)用單擺模型，單擺模型中小球是本題中溜旱冰的學(xué)生，擺線是大圓弧的水渠，借助單擺模型中的受力分析尋找本題解答的關(guān)鍵點(diǎn)，由此引導(dǎo)學(xué)生深刻掌握單擺模型的運(yùn)用，并在成功解決本題后，教師對(duì)單擺模型進(jìn)行靈活變形，鼓勵(lì)學(xué)生靈活思考所學(xué)的知識(shí)，編制各種物理問題情境，檢驗(yàn)學(xué)生的掌握情況?；趩螖[模型進(jìn)行物理問題的變形：“在一個(gè)光滑的圓弧形凹槽中，半徑為R，其正上方為圓心O，在O處放有一個(gè)小球，從靜止的狀態(tài)釋放丟下，在凹槽左側(cè)最高點(diǎn)M有另一個(gè)小球B，從靜止的狀態(tài)同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)小球到達(dá)凹型槽Q點(diǎn)的情況，以下說(shuō)法正確的是：

A：小球A先到達(dá)點(diǎn)Q? B：小球B先到達(dá)點(diǎn)Q? C：兩個(gè)小球同時(shí)達(dá)到點(diǎn)Q

本題目考查了學(xué)生對(duì)單擺模型、勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型的掌握，兩種物理模型的結(jié)合對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的思考難度。在思考本題解題方法的時(shí)候，教師要引導(dǎo)學(xué)生理清已知條件，忽略題目中存在的迷惑條件，明確了解物理情境，并在物理模型的搭建以及輔助下化繁為簡(jiǎn)，當(dāng)學(xué)生找到正確的輔助物理模型之后，學(xué)生就可以找到解題的方向。在模型靈活分析和運(yùn)用的過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生多做總結(jié)，強(qiáng)化學(xué)生在面對(duì)和分析物理問題的時(shí)候注重自我建模意識(shí)、識(shí)模的能力，積累解題的經(jīng)驗(yàn)，靈活地進(jìn)行物理模型特征的總結(jié)，強(qiáng)化模型解題思維能力，并在不同的物理情境中識(shí)別出模型的特征，由此可以抓住問題解決的關(guān)鍵，提升問題解答的效率。

三、核心素養(yǎng)背景下物理課堂上培養(yǎng)學(xué)生的審題識(shí)模的能力

物理課堂上為了強(qiáng)化學(xué)生的問題解決能力，不僅要夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，還要關(guān)注學(xué)生問題解決以及知識(shí)運(yùn)用的能力，這一過(guò)程中教師要強(qiáng)調(diào)物理模型在物理課堂中的應(yīng)用，將物理模型教學(xué)在課堂上進(jìn)行教學(xué)步驟的劃分：第一步帶領(lǐng)學(xué)生從復(fù)雜的物理題目中找出隱含的物理模型搭建的條件，第二步是引導(dǎo)學(xué)生基于建模的思想確定物理建模以及對(duì)應(yīng)模型中蘊(yùn)藏的物理基本規(guī)律，第三步是結(jié)合物理問題中的情景明晰解題的關(guān)鍵條件，最后一步便是確定物理問題的解題步驟以及計(jì)算過(guò)程。物理課堂中，對(duì)于學(xué)生的識(shí)模以及審模的能力是課堂教學(xué)的重點(diǎn)，為了引導(dǎo)學(xué)生真正掌握物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，可以在課堂上引用“分割、重組和匹配”的思維方法，對(duì)物理情境、物理知識(shí)以及物理模型進(jìn)行綜合的研究以及運(yùn)用，在課堂上有效訓(xùn)練學(xué)生對(duì)物理模型的運(yùn)用能力。

例如：在物理運(yùn)動(dòng)問題分析的過(guò)程中，如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌道中，四分之一的圓弧軌道為OA段，與水平軌道AB相切，在水平正下方有一個(gè)軌道CD在同一個(gè)豎直面內(nèi)，圓弧管軌道OA的半徑R=0.45m，水平軌道AB長(zhǎng)S1=3m，OA與AB均是光滑的軌道，一滑塊從O點(diǎn)由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行釋放，當(dāng)滑塊經(jīng)過(guò)點(diǎn)A的時(shí)候，靜止的小車在拉力F=1.6N的水平恒力下開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后撤下力F，當(dāng)小車在CD上運(yùn)動(dòng)了S2=3.28m之后v=2.4m/s，此時(shí)滑塊恰好落入到小車中，已知小車的質(zhì)量M=0.2kg，與CD的動(dòng)摩擦因數(shù)μ = 0.4，本題的問題為：恒力F的作用時(shí)間t是多少？AB與CD的高度差h是多少？”本題中涉及到的運(yùn)動(dòng)情景比較多，已知條件和物理要素比較多，模型中的研究對(duì)象也比較多，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一道綜合力與運(yùn)動(dòng)的綜合問題，運(yùn)動(dòng)情景如圖所示：

這道題目的研究中學(xué)生需要運(yùn)用“分割、重組”的思想進(jìn)行解題規(guī)律的摸索，本題中涉及到了諸多的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的銜接是本題的解題關(guān)鍵，學(xué)生在構(gòu)建物理模型的時(shí)候需要對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分割，對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)情景進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡以及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的匹配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)解題思路的清晰。

在面對(duì)復(fù)雜的物理情景，教師引導(dǎo)學(xué)生掌握“分割充足以及匹配”的思想，可以幫助學(xué)生順利解決復(fù)雜的物理問題。將其拆分重組為單一過(guò)程、單一模型的簡(jiǎn)單題目，鼓勵(lì)學(xué)生有效突破審題以及識(shí)模中的難關(guān)，幫助學(xué)生克服復(fù)雜、綜合物理問題中解題和思考的難點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)的理解以及運(yùn)用，重視自主思考，建立物理學(xué)習(xí)的自信心，掌握適合自己的物理學(xué)習(xí)方法。

在高中物理教學(xué)培養(yǎng)的過(guò)程中，教師為了培養(yǎng)和提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，在課堂教學(xué)的過(guò)程中要注重引入物理模型的教學(xué)以及講解，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)的物理知識(shí)綜合運(yùn)用在物理模型的識(shí)別、構(gòu)建以及應(yīng)用中，既可以幫助學(xué)生豐富自我的物理知識(shí)體系，探索掌握適合自己的學(xué)習(xí)方法，又可以幫助學(xué)生建立物理學(xué)習(xí)的自信心，學(xué)以致用。攻克高中階段綜合性非常強(qiáng)的物理習(xí)題，既能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)于物理學(xué)科的研究熱情，又能夠提高物理課堂的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，建立物理核心素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力，為之后的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。