基于物理核心素養(yǎng)的學(xué)生物理建模能力培養(yǎng)

馬嬌嬌　王永成

摘 要：隨著新課改的公布，要求物理教學(xué)的改革不僅體現(xiàn)在內(nèi)容上，而且要體現(xiàn)出核心素養(yǎng).物理核心素養(yǎng)要求之一就是要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，而物理建模能力是物理科學(xué)思維的重要組成部分，并且一些物理習(xí)題的設(shè)計(jì)也是依據(jù)據(jù)物理模型構(gòu)思的.本文從物理建模分類的角度出發(fā)，論述學(xué)生物理建模能力的培養(yǎng).

關(guān)鍵詞：物理建模;物理學(xué)習(xí);模型分類

文章編號(hào)：1008-4134（2019）13-0040 中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

基金項(xiàng)目：全國(guó)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目2018年度單位資助教育部規(guī)劃課題“多元協(xié)同，構(gòu)建卓越教師實(shí)踐技能培養(yǎng)體系建設(shè)研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：FIBI80529）.

作者簡(jiǎn)介：馬嬌嬌（1995-），女，黑龍江海倫人，碩士研究生，研究方向：物理學(xué)科教學(xué);

王永成（1969-），男，黑龍江哈爾濱人，本科，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：物理學(xué)科教學(xué).

物理學(xué)科是一門較為抽象和繁瑣的學(xué)科，相比于初中物理而言，高中物理需要更強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)、邏輯性以及想象力.并且在高中階段，物理問(wèn)題的出現(xiàn)經(jīng)常是伴隨著大量文字?jǐn)⑹觯静皇呛軓?fù)雜的問(wèn)題也復(fù)雜化了，尤以高三綜合題時(shí)出現(xiàn)的最多.此時(shí)能否對(duì)物理題和物理情景進(jìn)行快速分析和建模是學(xué)生能否做出此題的關(guān)鍵.通過(guò)物理建模快速掌握問(wèn)題的主干，建立清晰的物理模型和知識(shí)表象，將復(fù)雜的知識(shí)簡(jiǎn)單化，不僅能夠降低解題難度，還能提高學(xué)生的自信心.本文從物理建模分類的角度出發(fā)，談?wù)勗诮虒W(xué)過(guò)程中學(xué)生建模能力的培養(yǎng).

1 物理建模的分類

物理模型是指通過(guò)“簡(jiǎn)化”處理，將實(shí)際問(wèn)題中難以理解或者分析的物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為一種“理想化”的實(shí)體，這種“理想化”的實(shí)體可以用來(lái)解決原本復(fù)雜的物理問(wèn)題.由于物理模型的分類是多種多樣的，本文僅從對(duì)象模型、條件模型、過(guò)程狀態(tài)模型（見表1）的角度闡述學(xué)生建模能力的培養(yǎng).

理想化實(shí)驗(yàn)伽利略的理想化實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的建立奠定了重要基礎(chǔ);如在“研究聲音的傳播”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：隨著罩內(nèi)空氣的不斷抽出，聽到的鈴聲越來(lái)越弱.但最后還是能聽到聲音，主要原因是實(shí)驗(yàn)設(shè)備總是很難將玻璃罩內(nèi)抽成真空狀態(tài)，以及周圍的固體還能傳聲.這時(shí)推理就顯得很重要了，它能夠突破實(shí)驗(yàn)條件的限制，抓住主要因素，忽略次要因素，得出結(jié)論

2 物理建模能力的培養(yǎng)

2.1 對(duì)象模型——培養(yǎng)學(xué)生思考能力

對(duì)象模型是指在問(wèn)題情景中，對(duì)所要研究的對(duì)象加以“簡(jiǎn)化”，讓復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化.在高中階段，物理學(xué)科給學(xué)生普遍的印象就是晦澀難懂，很多的知識(shí)在課堂上可以聽懂，課下實(shí)際做題時(shí)卻是一頭霧水，不知從何處入手.課堂上老師講解習(xí)題時(shí)，再次覺得聽得明白了，然而一到做題時(shí)，又無(wú)從入手.因此，學(xué)會(huì)建立和應(yīng)用正確的物理模型就非常重要，學(xué)生在解題時(shí)，思路就會(huì)清晰，能夠?qū)⒊橄蠓诸悊?wèn)題具體化，進(jìn)而在頭腦中構(gòu)思明晰的解題方法，問(wèn)題也就迎刃而解了.

例1 有一定質(zhì)量的理想氣體，處在A狀態(tài)時(shí)，溫度為tA=57℃，氣體從狀態(tài)A等容變化到狀態(tài)M，再等壓變化到狀態(tài)B，A、M、B的狀態(tài)參量如圖1所示.求：

本題如果不建立正確的模型，那么光憑著文字?jǐn)⑹觯瑯O易弄混，從而無(wú)法得出B狀態(tài)的溫度以及氣體對(duì)外所做的功.可見，抓住關(guān)鍵字，建立物理模型能夠培養(yǎng)學(xué)生的思考能力，提高解題的正確率.

2.2 條件模型——培養(yǎng)學(xué)生邏輯分析能力

隨著新課程改革的推進(jìn)，尤其是2017版物理新課標(biāo)注重物理核心素養(yǎng)，因此高考出題也注重創(chuàng)新了.物理學(xué)科的特點(diǎn)之一是源于生活，因此考試出題比較注重新科技與生活相結(jié)合的創(chuàng)新題，往往這種類型試題的題干都伴隨著大量的文字?jǐn)⑹?學(xué)生閱讀此題，就要化繁為簡(jiǎn)，提取有用的信息，構(gòu)建相應(yīng)的物理模型，就能提高解題的效率.

例2 圖2為科學(xué)家利用最先進(jìn)的儀器設(shè)備拍攝到的銀河系中星體照片，被科學(xué)家稱為“銀盤座S星”，據(jù)最新觀測(cè)表明“銀盤座S星”距離半人馬座星系只有3260光年，比之前所確認(rèn)的要近得多.該系統(tǒng)是由一顆恒星和類日伴星組成的雙星系統(tǒng)，此恒星被稱為X星.由于X星內(nèi)部在不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致最終X星會(huì)“爆炸”，從而變成一顆超新星，科學(xué)家預(yù)計(jì)X星完全“爆炸”時(shí)，會(huì)放出大量的射線和有害物質(zhì)，會(huì)對(duì)類日伴星造成影響.現(xiàn)假設(shè)兩星間的距離在一段時(shí)間內(nèi)不變，兩星球的總質(zhì)量不變，則下列說(shuō)法正確的是

A.兩星間的萬(wàn)有引力不變

B.兩星的運(yùn)動(dòng)周期不變

C.類日伴星的軌道半徑增大

D.X星的軌道半徑增大

解析 本題以最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)為情境，考查學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律等知識(shí)的掌握.以最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)為情境是近幾年高考的高頻題，凸顯了物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維.首先，很多同學(xué)一看到這種題就覺得自己并不了解這種科學(xué)知識(shí)，從而產(chǎn)生退卻、不自信的心理;其次，這道題一眼看過(guò)去，覺得題目很長(zhǎng)，再接著往下看，就會(huì)被這繁多的信息弄得思路不清晰.此題的解題關(guān)鍵在于提取關(guān)鍵信息，抓住關(guān)鍵點(diǎn)，構(gòu)建出相應(yīng)的物理模型就可以很好地解決了.