新高考下高中物理建模能力培養(yǎng)概述

李勇

【關鍵詞】新高考;高中物理;建模能力

信息化時代下，社會經濟迅速發(fā)展，社會對高素質人才的需求也越來越大，因此，教學中要摒棄傳統(tǒng)模式.以高中物理教學為例，實驗是教學的核心，如果無法實現(xiàn)實驗與知識的結合，學生將難以透徹理解和掌握很多物理知識，因此，探索改革路徑勢在必行.而物理建模正是解決這一問題的關鍵所在.因此，本文基于新高考角度對高中物理建模教學的相關內容展開了探索.

1 高中物理建模教學涵義及意義

1.1 涵義分析

物理學科有著非常復雜且廣泛的研究范圍，而且與生活聯(lián)系緊密，外部環(huán)境很容易影響到其教學的展開，為了推動物理研究的深入進行，往往需要去除這些外部因素，將研究對象具體化、簡單化，構成物理模型，進而制定更加順暢的物理教學研究流程.

物理課堂中，經過去除對研究對象產生影響的外部因素，能夠將研究對象本質很好地體現(xiàn)出來，從而確保各個物理模型都具備代表價值.物理建模是基于物理現(xiàn)象、通過研究者的思考與分析構成的，并非隨意遐想的，這就說明，物理建模為研究物理學科的一種策略.物理模型能夠精確簡單地將研究對象本質反映出來，從中能夠將物理學科的形式美體現(xiàn)出來.

1.2 意義分析

與傳統(tǒng)的物理教學不同，物理建模教學是基于教師的引導，學生按照本身所掌握的物理方法與知識，獨立思考設計、親自操作，通過建立物理模型而處理問題.在此期間，學生自主構建物理模型的能力得到了鍛煉，并基于此強化了邏輯思維能力，這對學生綜合素質培養(yǎng)的意義重大.

首先，借助建模培養(yǎng)，在物理知識學習與掌握的基礎上，培養(yǎng)創(chuàng)新能力.物理模型的建立對學習物理意義重大，讓學生在物理模型建立中更好地實現(xiàn)物理知識的掌握.建模期間，教師按照掌握的知識拋設問題，并給予學生引導，利用具體模型處理物理問題，在此期間，學生不但掌握了基本知識，而且創(chuàng)新能力也得到了培養(yǎng)，從而活躍了思維.

其次，借助建模教學，能夠讓學生更加積極主動地參與到課堂中.建模時，教師發(fā)揮引導者和指導者角色，課堂由學生做主，通過物理模型的建立，為學生創(chuàng)造更加廣泛的發(fā)揮空間，增強學生物理知識學習、物理實驗參與的主動性與積極性，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作能力以及獨立思考問題的能力.

最后，基于物理建模，提升學生的探索興趣.建立物理模型不可能一次成功，需要歷經多次的實驗與設計，在此期間，引導學生相互合作與交流，共同將物理探究中遇到的困難和問題解決掉，進而將物理實驗探究的樂趣體現(xiàn)出來，讓學生更富興趣地去探索事物本質，進而懂得通過抽象、科學的思維處理具體問題.

2 新高考下高中物理建模能力的培養(yǎng)

物理屬于自然類學科，它在對物理現(xiàn)象與變化規(guī)律的研究中具有重要的作用，為了更加清晰明了地研究物理問題，我們必須要將一些次要因素忽略掉，把握主要因素，將物理模型構建起來.17世紀，著名物理學家伽利略在理想實驗設計中就應用了建模思想.所以，在高中物理課堂中，通過建模思想的培養(yǎng)，建構物理模型，明確問題處理的思路，進而將事物的特征與本質更加直觀、具體地反映出來，能使實際問題得到更好地解決.

2.1 借助新媒體，讓學生全面認識物理建模

新媒體教學指的是在授課過程中，按照教學對象與教學目標的特征，通過設計教學環(huán)節(jié)，科學選取與應用現(xiàn)代媒體教學.而物理作為一門以實驗為核心的學科，借助新媒體方式進行物理建模，能夠將模型建造的過程更好地呈現(xiàn)在學生面前.

例如 在教學“牛頓第一定律”的相關內容中，通過新媒體為學生呈現(xiàn)物理不受外力作用時的運動情況，通過視頻內容呈現(xiàn)出力和運動的關系，在模型化授課中教師要重點關注學生建模期間遷移與類比能力的比較和訓練，不斷培養(yǎng)學生細致的思維習慣，此外，在課前還應該注意相關資料的搜集，進而完成既定授課目標.新媒體技術可以讓學生系統(tǒng)全面地了解相關物理模型，為學生建模能力提升做出鋪墊.

2.2 展開規(guī)范練習，活化學生建模思維能力

物理學科在學生建模思維能力培養(yǎng)中優(yōu)勢顯著，每個物理問題所描述的物理過程與現(xiàn)象，都能夠與一個物理模型相對應.所以，物理習題的解答其實就是引導學生構建和題目相關聯(lián)的物理模型.例如，通過直觀簡單的模型來處理傳統(tǒng)的動力學問題，可以更加真實明確模型與案例的聯(lián)系.過去教師不夠重視通過模型來分析物理問題，往往忽視了建模分析教學過程.為了完善與強化學生分析建模的能力，教師一定要改變傳統(tǒng)方式，引導學生自主學習，課堂中應著重滲透建模思想.比如，在質點的有關知識教學中應用建模思想，可以讓學習變得更加直觀、高效.

例如 問題：鐵路上運動的火車可以當作質點嗎？ 要回答這個問題，學生首先要理解和掌握質點的概念、物體能否當作質點的條件等基本知識，做到具體問題具體分析，不能將物體體積的大小作為判斷能否當作質點的條件.通過本問題的學習，學生要靈活構建質點模型，靈活解決實際問題.

2.3 用類比、遷移方法培養(yǎng)學生的建模能力

解決每一個物理問題都能夠從相應的物理模型中將其“蹤影”找出來，然后基于物理模型教學物理概念、回答物理問題，對此，我們可以對以下方法進行應用.

首先，類比法.物理問題通常具有比較分散的事例，而且較為隱密，這時可通過分析問題，將主要特征找出來，利用類比法將適合的物理模型建立起來.

例如 A 和B 是兩個帶有異種電荷的粒子，分別帶有+5q 與-q 的帶電量，質量為5m 與m ，L 為二者距離，除了有互相作用的電場存在于它們之間，不受其他力影響，為了不改變A 、B 間的距離，它們會做哪種運動？ 兩粒子運動速度為多少？ 通過分析題設信息，能夠得知：若要不改變A 和B 的距離，就需要繞AB 連線上某個點做勻速圓周運動，二者間庫侖力提供向心力，令A 和B 有著一樣的角速度ω，在利用類比聯(lián)想，能夠將“雙星”物理模型構建起來，處理問題.

其次，遷移法.在解決具體問題中應用物理模型，一些問題較為生疏或者復雜時，若是能夠向新問題遷移熟悉的物理模型，這樣會對問題的解決有很大幫助.

例如 鐵路中設計的一些裝置內都采用了電磁感應原理，有種電磁裝置能夠將信號傳輸?shù)娇刂浦行囊源_定火車運動狀態(tài)與位置，裝置原理為：在火車首節(jié)車廂下面安裝可以產生勻強磁場的磁鐵，在兩鐵軌間安裝矩形線圈，火車首節(jié)車廂經過時，就會有電信號產生于線圈中并向控制中心傳輸，假設線圈長寬分別為L1 和L2，n 為匝數(shù)，如果只在每一個矩形區(qū)域分別加勻強磁場，在火車首節(jié)車廂時通過線圈處，時間t 和控制中心收到線圈兩端電壓信號U 會有一定聯(lián)系，然后分析在t1 和t2 之間火車的速度情況.

近幾年磁懸浮技術不斷發(fā)展，其控制系統(tǒng)應該是非常精確且復雜的，對于高中生而言，學習起來難度較大且陌生，然而我們重點關注的問題在于電磁感應原理的應用，并且，試題研究的是時間與線圈電壓的關系.因此，我們完全可以向熟悉的閉合電路中一部分導體切割磁感線運動模型中遷移這部分知識，其差異在于在磁場內運行磁懸浮列車，線圈為靜止狀態(tài)，但這并不會對我們處理問題帶來影響.

2.4 評價反饋物理建模能力

評價高中生物理建模能力需要關注其目的性，不能把劃分學生層次作為評價的基本目的，需要正視評價活動，對學生建模能力的評價結果要給予及時反饋，進而推動學生更好地投入課堂.對物理建模中的不足之處有針對性地進行鞏固，不斷突破自我，深入掌握物理建模方法，達到提升物理成績的目的.在對物理建模能力評價成果進行反饋中：其一，注意學生情感體驗，不可傷其自尊.高中生有著較強的自尊心，特別是對那些建模能力較弱的學生來講，對評價結果的公開，會傷害其自信心，令其生成抵觸心理，所以，在對評價結果反饋時，要將保密工作做好.其二，分析好細節(jié)，分析問題是何種非智力因素造成的，進而確保學生可以認真、正確地審視自我建模能力，并積極地參與到物理建模問題中來.同時，對評價結果反饋時，要將學生的自信心樹立起來，在將問題提出來后，給予相應的表揚和肯定，提升其建模體驗的同時，不斷推動學生進步.

例如 “傳動帶模型”能夠與運動學、能量知識以及受力分析知識結合起來，習題情境多變復雜，特別是與相對運動有關聯(lián)性，比較抽象、復雜，理解起來較為困難，一些學生在特定情境內找不到切入途徑和方法.為了引導學生將此模型認真學好，更好地理解此模型，在解題中可以舉一反三、融會貫通，需要科學評價學生的建模能力，對評價結果進行認真反饋，讓學生明確自己有無真正理解和掌握此模型.評價傳送帶模型建模能力時，在明確評價內容與指標的前提下，應該把評價活動積極設定出來，從多個角度分析學生的建模能力，進而得出相應的評價結果.

3 結語

高中物理課堂中，確立建模思想、建構物理模型并非萬能的，也需要相應的使用條件，在具體應用期間也容易出現(xiàn)形似而實不同的情況，所以，在培養(yǎng)學生物理建模能力，進行物理模型構建時，需要及時分析、對比與修正，從客觀事實入手進行完善.一般在解決高中物理問題時，需要將以下幾點做好：研究對象確定——次要因素排除——物理情景歸納——物理模型建立——問題分析與解決.然而，從對象確定到模型建立這一重要過程的確定是學生容易忽略的地方，出現(xiàn)錯誤的原因往往就是對公式的直接套用，所以，在教學物理知識中，注重建模思想的培養(yǎng)，注重如何構建物理模型，不但有助于學生對物理知識的掌握，強化知識的應用能力，更有助于學生養(yǎng)成好的解題習慣，不斷提升其問題處理和解決的能力.