注重建模教學培養核心素養

胡從榮

摘要：在物理教學中，對利用、挖掘教材中的物理模型重視不夠，給學生在物理學習中造成了一定的困難。通過對《動能及動能定理》教學的剖析，得出在物理教學中注重構建物理模型這種科學思維能力的培養，可以促進學生的深度學習，讓學生更好地領悟、應用建立理想模型這種科學思維方法，以達到培養核心素養的目的。

關鍵詞：理想模型；核心素養；物理教學

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2018）03-0192-01

有關動能定理的理論推導，2010年人教版高中物理第2冊寫到：設某物體的質量為m，在與運動方向相同的恒力F的作用下發生一段位移l，速度由v1增加到v2，這個過程中力F做的功W=Fl。根據牛頓第二定律F=ma，而v22-v12=2al，即l=v22-v122a

把F、l的表達式代入W=Fl，可得W=ma（v22-v12）2a，也就是W=12mv22-12mv12

從這個式子可以看出，"12mv2"很可能是一個具有特定意義的物理量，因為這個物理量在過程終了與過程開紿時的差，正好等于力對物體做的功，所以"12mv2"應該就是我們尋找的動能的表達式。W=12mv22-12mv12表明，力在一個過程中對物體做的功，等于物體在這個過程中動能的變化，這個結論叫做動能定理。

從上面的敘述可以看出，教材在得出動能表達式和動能定理的過程中，對是否要建立物理模型，怎樣建立物理模型只字未提。

由于實際物理問題相對復雜，決定其物理現象或過程的因素較多，有些因素對研究的現象或過程影響又不大，在物理研究過程中只保留對研究的現象或過程起主要決定作用的因素，將一些次要因素忽略不計。這種經過忽略次要因素，保留主要因素抽象而得的實體或過程，叫理想模型。如質點、點電荷等屬實體模型，勻變速運動、平拋運動等是過程模型。理想模型是科學抽象的產物，是將對象的本質屬性和基本過程以最純粹的形式甚至以某種極限狀態表現出來。在自然科學的研究中，理想模型的建立，具有十分重要的意義。由于客觀事物具有質的多樣性，它們的運動規律往往是非常復雜的，不可能一下子把它們認識清楚。構建理想模型，可以使問題的處理大為簡化，從而便于人們去認識和掌握并應用它們。一般情況下，物理學理論研究的直接對象是抽象而得的理想模型而非實際物理問題。建立物理模型的過程是一個學生經歷深度思考和深度度學習的科學思維過程。該過程可以培養學生的科學思維水平，提高學生解決實際問題的能力。

構建理想模型是科學思維的重要組成部分，有了《探究做功與速度變化的關系》作基礎，動能和動能定理這節教學看起來并不難，但如果我們不對其中隱含的科學思維進行挖掘并加以利用的話，就會錯失一次有效培養學生科學思維能力的機會。在我所接觸到的教學設計或教學建議中，還沒有看到一例要學生思考，應該構建一個怎樣的物理模型來進行做功與動能關系的研究，幾乎所有的教學設計或教學建議都是直接給出教材上的模型。問題的關鍵在于，我們的學生在大多數情況下，給出一個問題，他們很可能不會想到要先確定一個物理模型，然后由這個物理模型經過理論或實驗探究得出一個初步結論。用此結論去解決相關問題，若吻合，則初步認定正確，若不吻合、還要進一步進行研究。如果教學中不重視物理建模思想和方法的滲透，當學生碰到一個情景比較復雜的問題時，沒有將實際問題經過加工抽象成理想模型的意識，自然談不上培養建立物理模型的能力了。解決具體的物理問題，將現實原型抽象為理想模型又是必經的一個環節，這個環節的意識和能力差，表現出來的常常就是一聽就懂、一看就會、一做就錯。所以，如果能將這節內容的科學思維因素挖掘出來，并在教學中加以利用，對培養學生核心素養會更有效。

本節包含的科學思維主要有兩點：一是建立過程模型。在這個過程中，物體實際上會受到阻力的作用，所以教材給出了"光滑水平面"這樣一個理想模型，保證了合外力等于 ，忽略了阻力的影響。保證物體做的是一個初速為零的勻加速運動，只有 對物體做功。體現了建立理想模型的思想。然后從從已有的知識牛頓運動定律、運動學規律、功的計算公式得出動能的表達式及動能定理。要得出一個物理規律，首先就要尋找到一個合適的模型，這個模型越簡單越好。物體沿光滑水平面做初速為0的勻加速直線運動應該是符合這一要求的理想模型之一。所以教材上就以這樣一個模型來進行研究。

二是選定這樣一個過程模型之后，還要保證F作用在真實的這個物體上，物體沒有發生彈性形變，這樣可以得到如下有用的結果：物體可以抽象成質點、沒有彈性勢必能參與轉化。加上重力勢能沒有參與轉化，在所發生的這個理想過程中根據做功與能量變化相關的思想，力做功的結果只是引起動能的變化，綜合得出動能的表達式和動能定理。

可見，在得出動能表達式及動能定理的過程中，涉及到了實體模型"質點"和"光滑水平面"、過程模型"勻加速直線運動"。在《普通高中物理課程標準》（征求意見稿）中，"模型"或"建模"多次出現，首次將構建理想模型提到了一個重要的位置，可以說是抓住了高中物理教學的牛鼻子。老師們為什么總是覺得物理難教，學生也總是覺得物理難學，其中一個原因是老師在教的過程中對物理思想或方法滲透不夠，學生在學的過程中沒有領悟物理學研究和解決物理問題的一些基本的思想和方法。建立物理模型在今后的物理教學中應引起足夠重視，才能更好地達到培養學生核心素養的目的。

參考文獻：

[1]張大昌，彭前程等.普通高中課程標準實驗教科書·物理2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2010

[2]教育部基礎教育課程教材專家工作委員會，普通高中課程標準修訂組.普通高中物理課程標準（征求意見稿）[M].2016