依托多樣化建模方式發展學生科學思維

雪飛虎

摘要：物理模型的建構是形成科學思維的重要基礎和有效方法，而高中物理教材中建模方法十分豐富，應深入建模方式方法，采取合理的策略，才能讓學生更好地體驗建模過程，掌握建模方法，逐步形成建模思想，發展學科思維能力。

關鍵詞：物理模型；建模意義；建模方法；建模策略

高中物理模型建構，是教學的重要內容，更是發展學科思維的重要途徑。要把握建模策略，讓學生了解建模的意義與作用，體驗建模的思維角度和思維過程，領會建模思想方法，逐步培養思維能力。

一、還原物理史本色，挖掘建模的作用與意義

（一）從物理學史入手，了解模型作用

光學中，從光束抽象出“光線”模型后，為量化研究光現象奠定了基礎，才能通過實驗、借助幾何手段來描述反射、折射等一些列規律，從而誕生了幾何光學。學生了解光線的歷史地位和作用，會很好地把握這種思維的方式，從而建好用好光學模型。這樣的史實在物理學中十分豐富，作用顯著。

（二）從問題入手，挖掘建模意義

“質點”模型的建立，是通常物體都有一定的形狀與體積，在坐標系中描述物體位置時，出現了“困難”。可以引導學生思考：“能否將物體看做一個幾何點”等問題，學生會發現，很多情況下物體的體積和形狀是無關或次要因素，完全可以把它看成有一定質量的“幾何點”，就可以簡單地描述其在坐標系中的具體位置；再經過研究質點的位置變化、位置變化快慢等問題，而認識到質點的建立是量化研究高中運動學的基礎，使學生較好地把握以質點為起點，研究位置、位移、速度、加速度等概念的路徑，不僅有利于該運動模型的建立，更有利于運動學知識體系的建構。

（三）從矛盾入手，挖掘建模價值

原子的核核結構模型，湯姆生的猜想與實驗結果大相徑庭。這個突出的矛盾引發人們深入思考。通過對α粒子的在通過金箔時的“行為”特點分析，得出核式結構模型。使學生了解研究微觀世界的方式與方法，領悟模型的價值。

（四）從科技發展入手，挖掘深遠影響

通過回旋加速器的發明歷史的研究，使學生領會到：用人工的方式打開了研究微觀物質世界的大門，將人類認識世界的手段提高到新的境界，有著其深遠的意義和影響。

二、多視角、多方法建模，提高學生思維能力

教學中，要以多視角切入，根據模型特點，采用不同的方式、方法進行建模并豐富的建模方法。

（一）從理論出發，抽象模型

比較典型的是平拋運動模型。教材是從水平和豎直方向的受力特點出發得出的結論。這不僅有利于模型的建立、體現“變曲為直”的思想方法；再經過驗證驗證，使分解與合成的思想的建立更加嚴謹，同時，也滲透了力的獨立作用原理。

（二）從體驗出發，感知模型

體驗是認知起點，如橫波模型。讓學生手牽手（各質點）站成一排“模擬”橫波傳播過程，體驗后一個質點“模仿”前一個質點的“行為”，而質點并不遷移，使學生得到初步的感性認識；以此為基礎，再利用“繩波”和橫波演示儀、教學視頻等的演示及研究，建立起波動在時間和空間上表現出周期性，并傳遞運動形式與傳播能量的清晰模型。

（三）從實驗出發，探究或驗證模型

這是建模的最根本的方法之一，很多模型都是在實驗探究的基礎上形成的。再如平拋運動，教材先用平拋豎落儀進行驗證，但該實驗只能粗略地證明平拋運動的豎直分運動與自由落體運動的關系，由此得出的結論顯然說服力不夠充分，所以教材又設計了對平拋運動頻閃照相的照片進行分析，搞清楚兩個分運動的性質，讓教學更嚴謹和有說服力。

（四）從實際出發，歸納模型

如彈簧模型。在教材設計的實驗探索中，學生得出F=kx的規律并不困難，教師還必須引導學生：豎直懸掛彈簧實驗時，若彈簧的自重較大，上述規律是否成立？學生會發現彈簧自重的影響，認清“輕彈簧”的條件，從而將彈簧分為“輕彈簧”和“重彈簧”兩類模型；還可以就重彈簧進行深入研究，使學生的認知更加完整和深入；這樣拓展學生思維的視角，有利于學科思維能力的提高。

（五）從方法出發，形成模型

就拿勻速直線運動來說，在采用實驗探究法的基礎上，還用了多樣的數據處理、微分、積分等方法，才能建立起完整的“勻變速直線運動”模型，對剛剛入學的學生來說，掌握起來既復雜又困難。要充分考慮學生認識水平和基礎，注意多采用類比、比擬等方法幫助學生理解，并分階段逐步完成。

（六）從表述出發，描述模型

理想氣體，是狀態模型。在實驗的基礎上，得出的結論可以用文字、公式以及圖像表述，其中，公式和圖像描述方式又有多種。學生完全熟練把握多種描述方法并不容易，要分類、分步研究；另外，解題應用中要突出方法選擇的意識培養，等等。

（七）從模擬出發，建構模型

有很多模型，難于或無法直接觀察，教材就采用模擬的方法幫助學生建立模型。如原子核式結構、電場、磁場和分子熱運動等各類模型，突出了直觀性、形象性，便于學生掌握，在解決教學疑難問題時均可借鑒。

（八）從遷移出發，拓展模型

帶電粒子在電場中的“類平拋運動”。經過電場力與重力大小的比較，抽象出帶電粒子重力可以不計的實物模型后，隨即可將平拋運動的經驗進行遷移，建立起類平拋運動模型，實現模型的進一步拓展，并且使學生領會到“類化”方法處理問題、記憶規律的優越性。

三、把握操作策略，增強建模的實效性

教學中，盡管建模的方式方法有所不同，但都采取了以下幾個操作策略。

（1）體驗性策略。學生對模型建構要有最基本的切身體驗。利用學生的感知覺、親身經歷和實踐經驗，作為建模的基礎；以物理思維過程的體驗為核心的建模才有實效。（2）事實性策略。尊重物理學史原貌，“還原”真實發現過程并體現建模學科思維價值和思想價值。（3）實驗性策略。物理學的基石在于實驗，又是培養學科能力和科學態度基本途徑，要發揮發揮探究和驗證實驗的作用。（4）問題性策略。要進行問題情境創設，以問題驅動思維進行建模，在問題解決中提高學科思維能力。（5）深刻性策略。就是引導學生認識物理模型本質。學生體驗、實驗和思維的基礎上把握內在聯系，深刻領會學科特點和實質。

總之，教師需要依托教材，采取必要的操作策略，研究建模方法、挖掘建模思想，以提高自身的水平和學生的學科核心素養。

參考文獻：

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